JP6731624B2 - Organic semiconductor device manufacturing method and powder - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体デバイスの製造方法、およびそれに使用する粉体に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an organic semiconductor device and a powder used for the method.

有機半導体材料の薄膜を電極間に形成させ、有機半導体デバイスを得る方法は、低温プロセスで製造可能であり、フレキシビリティに優れ、且つ軽量で壊れにくい有機半導体デバイスが作成可能なことから、近年盛んに研究されるようになった。 A method of forming a thin film of an organic semiconductor material between electrodes to obtain an organic semiconductor device has been prosperous in recent years because it can be manufactured by a low temperature process, has excellent flexibility, and can be made into a lightweight and durable organic semiconductor device. Came to be researched by.

しかしながら、従来、有機半導体デバイスに用いられてきた有機半導体材料は、その多くが有機溶剤に難溶であるため、塗布又は印刷などの安価な手法を用いてその薄膜を形成することができず、比較的コストの高い真空蒸着法等で基板上にその薄膜を形成させることが一般的であった。最近になり、インクジェット、フレキソ印刷、コーティング等の塗布又は印刷を用いた方法によって有機半導体薄膜を形成し、有機半導体デバイスを得る研究が盛んに行われており、比較的高いキャリア移動度(以下、適宜、単に「移動度」と呼ぶ)を有する有機半導体デバイスが得られるようになってきた。上記の塗布又は印刷を用いた方法により、電界効果トランジスタの作成工程におけるスループットが高く、大面積の電界効果トランジスタが低コストで製造できることが期待される。 However, conventionally, many of the organic semiconductor materials that have been used for organic semiconductor devices are hardly soluble in organic solvents, and therefore it is not possible to form the thin film using an inexpensive method such as coating or printing, It was common to form the thin film on the substrate by a relatively expensive vacuum deposition method or the like. Recently, there has been active research on forming an organic semiconductor thin film by a method using inkjet or flexographic printing, coating such as coating, or a method using printing, and a relatively high carrier mobility (hereinafter, When appropriate, organic semiconductor devices having “mobility”) have been obtained. It is expected that the above-mentioned method using coating or printing has a high throughput in the process of producing a field effect transistor and that a large-area field effect transistor can be manufactured at low cost.

一般に、有機半導体薄膜は、真空蒸着法をはじめとした真空プロセス、又は溶媒を用いたスピンコート法やブレードコート法等の塗布プロセスで形成されている。しかしながら、真空プロセスによる有機半導体薄膜の形成方法は、真空プロセスを行うための設備が必要となることに加え、有機半導体材料のロスが多くなるという欠点がある。塗布プロセスによる有機半導体薄膜の形成方法も、基板全体に有機半導体溶液を塗布するため、真空プロセスと同様に有機半導体材料のロスが多くなる。 Generally, the organic semiconductor thin film is formed by a vacuum process such as a vacuum deposition method or a coating process such as a spin coating method or a blade coating method using a solvent. However, the method of forming an organic semiconductor thin film by the vacuum process has a drawback that equipment for performing the vacuum process is required and that the loss of the organic semiconductor material increases. Also in the method of forming the organic semiconductor thin film by the coating process, since the organic semiconductor solution is coated on the entire substrate, the loss of the organic semiconductor material increases as in the vacuum process.

他の有機半導体薄膜の形成方法として、インクジェット法などの印刷法が知られている。印刷法は、目的位置に必要量の有機半導体材料を塗布することが可能であり、真空プロセスに代わって、大面積化・高速印刷が可能である等の期待から様々な検討がなされているが、現状の印刷法では有機半導体材料を溶解させるためにハロゲン系溶媒や芳香族系溶媒等の揮発性有機溶媒が必要である。これらの有機溶剤は作業者への直接的な影響だけでなく、地球環境保全等の観点からも必ずしも最適な印刷手法とは言えない。そこで、環境負荷が少なく、持続可能な技術として無溶媒でパターニングする技術が求められている。 As another method for forming an organic semiconductor thin film, a printing method such as an inkjet method is known. In the printing method, various examinations have been made with the expectation that it is possible to apply a required amount of organic semiconductor material to a target position, and instead of the vacuum process, a large area and high-speed printing are possible. In the current printing method, a volatile organic solvent such as a halogen solvent or an aromatic solvent is required to dissolve the organic semiconductor material. These organic solvents are not necessarily the most suitable printing method from the viewpoint of not only the direct influence on the worker but also the global environment protection. Therefore, a solventless patterning technique is required as a sustainable technique that has a low environmental load.

このように溶媒を用いない印刷手法で有機半導体材料を用いる技術として、OPC(有機感光体)に代表される印刷技術がよく知られているが、OPCに用いられる電荷輸送層自体は、溶媒を用いた手法で形成され、感光体表面をコロナ放電等で帯電させ、レーザー照射により発生した電荷を表層あるいは下層へ輸送し、潜像を形成する手法であり、有機半導体材料自体をパターニングするものではない。このような感光体の技術から静電力(帯電)を用いて有機半導体材料を形成する手法はいくつか検討されている。特許文献1〜3では、素子構成要素の電極を帯電させ、電極と逆の電荷に帯電させた有機半導体材料の溶液をインクジェット法やスプレーコート法などにより供給することで、有機半導体材料をパターニングできることが知られている。しかしながら、いずれの手法にしても有機溶剤を用いた印刷手法であり、無溶媒で有機半導体層を形成する手法は示唆されていない。 A printing technique typified by OPC (organic photoconductor) is well known as a technique using an organic semiconductor material in such a printing method without using a solvent. However, the charge transport layer itself used in OPC does not use a solvent. It is formed by the method used, the surface of the photoreceptor is charged by corona discharge, etc., and the charge generated by laser irradiation is transported to the surface layer or lower layer to form a latent image.It does not pattern the organic semiconductor material itself. Absent. Several techniques for forming an organic semiconductor material by using electrostatic force (charging) have been studied from such a technique of the photoconductor. In Patent Documents 1 to 3, it is possible to pattern an organic semiconductor material by charging an electrode of a device constituent element and supplying a solution of the organic semiconductor material charged to a charge opposite to that of the electrode by an inkjet method or a spray coating method. It has been known. However, any method is a printing method using an organic solvent, and a method of forming an organic semiconductor layer without a solvent has not been suggested.

また、有機溶剤を使用した印刷方法では、溶媒の乾燥が必要なことに加え、溶液から生成させた結晶の配向方向を制御するためには、温度、雰囲気、塗布面の処理等の精緻なプロセス制御を行いながらゆっくりと有機半導体薄膜の成膜を行ったり、結晶生成後に結晶成長のために数分間〜数十分間かけて焼成を行ったりする必要がある。したがって現状の印刷方法では、環境に対して負の影響のある溶媒を使用する必要が生じたり、スループットの高い有機半導体薄膜の形成方法を実現できなかったりという問題がある。また、現状では、塗布又は印刷法などの従来の有機半導体薄膜形成方法による有機半導体デバイスの製造方法は、移動度などの有機半導体デバイス性能に関しても実用化に向けては不十分である。 In addition, in the printing method using an organic solvent, in addition to the need to dry the solvent, in order to control the orientation direction of the crystals generated from the solution, a precise process such as temperature, atmosphere, treatment of the coated surface, etc. It is necessary to slowly form an organic semiconductor thin film while controlling, or to perform firing for several minutes to several tens of minutes for crystal growth after crystal formation. Therefore, the current printing method has a problem that it is necessary to use a solvent that has a negative influence on the environment, and a method for forming an organic semiconductor thin film with high throughput cannot be realized. In addition, at present, the method of manufacturing an organic semiconductor device by a conventional method of forming an organic semiconductor thin film, such as coating or printing, is not sufficient for practical use in terms of organic semiconductor device performance such as mobility.

スループットが高く結晶制御する方法として、特許文献4などの熱ラミネート方法が知られているが、溶融状態あるいは塗布印刷方法を用いて製膜した半導体材料を結晶制御する手法にとどまっており、無溶媒で有機半導体材料をパターニングする具体的な例示はない。 As a method for controlling the crystal with high throughput, a thermal laminating method such as Patent Document 4 is known, but it is limited to a method for controlling the crystal of a semiconductor material formed by using a molten state or a coating/printing method without using a solvent. There is no specific example of patterning the organic semiconductor material with.

特開2005−12061号公報JP, 2005-12061, A 特開2011−3442号公報JP, 2011-3442, A 特開2008−78339号公報JP, 2008-78339, A 国際公開第2014/136942号International Publication No. 2014/136942

Physica Status Solidi RRL,7,1093(2013)Physica Status Solidi RRL, 7, 1093 (2013)

本発明は、無溶媒で、かつ短時間の処理で有機半導体薄膜を形成できる有機半導体デバイスの製造方法、および該製造方法に使用可能な粉体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing an organic semiconductor device capable of forming an organic semiconductor thin film without using a solvent and in a short time, and a powder that can be used in the method.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、溶媒を用いず、有機半導体材料を含む正あるいは負に帯電した粉体を静電場の印加により基材上にパターニング(所望の部位へ散布)する工程を含む有機半導体デバイスの製造方法が、有機半導体デバイスを無溶媒で、かつ高スループットで製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, without using a solvent, positively or negatively charged powder containing an organic semiconductor material was patterned on a substrate by applying an electrostatic field (desired site It was found that a method for producing an organic semiconductor device including a step of spraying) can produce an organic semiconductor device without a solvent and at a high throughput, and has completed the present invention.

即ち、本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体材料をパターニングして有機半導体デバイスを製造する方法であって、有機半導体材料を含む帯電した粉体を静電場の印加により基材上にパターニングする工程を含むことを特徴としている。 That is, the method for producing an organic semiconductor device of the present invention is a method for producing an organic semiconductor device by patterning an organic semiconductor material, in which charged powder containing the organic semiconductor material is applied onto a substrate by applying an electrostatic field. It is characterized by including a step of patterning.

本発明の粉体は、帯電した粉体であって、有機半導体材料を含むことを特徴としている。 The powder of the present invention is a charged powder and is characterized by containing an organic semiconductor material.

本発明により、無溶媒、短時間の処理で有機半導体薄膜を形成でき、環境負荷が少なくスループットの高い有機半導体デバイスの製造方法、及び該製造方法に使用可能な粉体を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for producing an organic semiconductor thin film which is solvent-free and can be processed in a short time, has a low environmental load, and has a high throughput, and a powder which can be used in the method.

本発明の実施の一形態に係る有機半導体材料を散布するために使用される粉体パターニング装置の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the composition of the powder patterning device used for spraying the organic semiconductor material concerning one embodiment of the present invention. 本発明の実施の一形態に関わる有機半導体材料を薄膜化するために使用される熱ラミネーターの構成を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the composition of the thermal laminator used for thinning the organic semiconductor material concerning one embodiment of the present invention. 本発明の実施の一形態に関わる有機半導体材料を薄膜化するために使用される超音波溶機の構成を示す概略図である。The organic semiconductor material according to an embodiment of the present invention is a schematic diagram showing an ultrasound soluble adhesive machines used for thinning. 本発明の一実施例において有機半導体材料とキャリア粒子とを混合した帯電した有機半導体材料を含む粉体の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization micrograph of a powder containing a charged organic semiconductor material obtained by mixing an organic semiconductor material and carrier particles in an example of the present invention. 本発明の一実施例において直流電圧により有機半導体材料を基板上に散布する前の基板の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization microscope photograph of a substrate before an organic semiconductor material is dispersed on the substrate by a DC voltage in one example of the present invention. 本発明の一実施例において直流電圧により有機半導体材料を基板上に散布した後の基板の偏光顕微鏡写真である。4 is a polarization micrograph of a substrate after the organic semiconductor material is sprayed on the substrate by a DC voltage in one example of the present invention. 本発明の一実施例において交流電圧により有機半導体材料を基板上に散布する前の基板の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization microscope photograph of a substrate before an organic semiconductor material is dispersed on the substrate by an AC voltage in one example of the present invention. 本発明の一実施例において交流電圧により有機半導体材料を基板上に散布した後の基板の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization microscope photograph of a substrate after the organic semiconductor material is sprayed on the substrate by an AC voltage in one example of the present invention. 本発明の一実施例に係る、熱ラミネート法により薄膜化する前の散布した有機半導体材料の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization micrograph of an organic semiconductor material sprayed before being made into a thin film by a thermal lamination method according to an example of the present invention. 本発明の一実施例に係る散布した有機半導体材料を熱ラミネート法により薄膜化した有機半導体薄膜の偏光顕微鏡写真である。3 is a polarization micrograph of an organic semiconductor thin film obtained by thinning a dispersed organic semiconductor material according to an example of the present invention by a thermal lamination method. 本発明の有機半導体デバイスの一例としての有機薄膜トランジスタの構造態様例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural aspect example of the organic thin-film transistor as an example of the organic semiconductor device of this invention.

本発明を詳細に説明する。
本発明の第一の目的は、無溶媒で、かつ高スループットに有機半導体デバイスを製造する方法を提供することにある。
The present invention will be described in detail.
A first object of the present invention is to provide a method for producing an organic semiconductor device without solvent and with high throughput.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体材料を含む帯電した粉体を静電場の印加により基材上に散布してパターニングする工程を含み、有機半導体材料のパターニングを無溶媒で行うことができることを特徴とするものである。本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、必要により基材上の有機半導体材料を熱及び圧力により薄膜化する工程をさらに含み、この場合、パターニングから薄膜化までを一貫して無溶媒で行うことができる。 The method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention includes a step of spraying a charged powder containing an organic semiconductor material onto a base material by applying an electrostatic field to perform patterning, and patterning the organic semiconductor material without using a solvent. It is characterized by being able to. The method for producing an organic semiconductor device of the present invention further includes a step of thinning the organic semiconductor material on the substrate by heat and pressure, if necessary, and in this case, the steps from patterning to thinning should be performed consistently without solvent. You can

本発明の製造方法には、帯電した有機半導体材料を含む粉体、帯電した有機半導体材料と帯電したキャリア粒子(後述する)とを含む粉体、及び帯電していない有機半導体材料と帯電したキャリア粒子とを含む粉体の何れの粉体をも用いることができる。 The production method of the present invention includes a powder containing a charged organic semiconductor material, a powder containing a charged organic semiconductor material and charged carrier particles (described later), and an uncharged organic semiconductor material and a charged carrier. Any powder including powder and particles can be used.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法の必須の工程は、有機半導体材料を含む帯電した粉体を静電場の印加により基材表面に散布してパターニングする工程(以下、「パターニング工程」と呼ぶ)である。前記パターニング工程は、例えば、帯電させた半導体性の有機化合物からなる有機半導体材料の粉体を電圧の印加によって基板表面に転写する工程である。上記方法によれば、溶媒を用いることなしに基材表面の所望の部位に所望のパターンに有機半導体材料を散布することができる。 The essential step of the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention is a step of spraying a charged powder containing an organic semiconductor material onto the surface of a base material by applying an electrostatic field to perform patterning (hereinafter referred to as “patterning step”). Is. The patterning step is, for example, a step of transferring charged powder of an organic semiconductor material made of a semiconducting organic compound onto a substrate surface by applying a voltage. According to the above method, the organic semiconductor material can be dispersed in a desired pattern on a desired portion of the surface of the base material without using a solvent.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法におけるパターニング工程に好適に使用される粉体パターニング装置の一実施形態を図1に基づいて以下に説明する。なお、各図における同じ機能を有する部材については同じ符号を付記し、その説明を省略する。 An embodiment of a powder patterning apparatus suitably used for a patterning step in the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention will be described below based on FIG. It should be noted that members having the same function in each drawing are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図1に示すように、有機半導体材料を含む帯電した粉体を基材21上にパターニングするための粉体パターニング装置20は、有機半導体材料を含む帯電した粉体を保持するためのホルダー22と、粉体に静電場を印加するための電極23と、ホルダー22あるいは電極23に電圧を供給するための配線24と、基材21がその上に載置される上下方向(Z軸方向)に移動可能なステージ25とを備えている。 As shown in FIG. 1, a powder patterning device 20 for patterning charged powder containing an organic semiconductor material on a substrate 21 includes a holder 22 for holding the charged powder containing an organic semiconductor material. , An electrode 23 for applying an electrostatic field to the powder, a wiring 24 for supplying a voltage to the holder 22 or the electrode 23, and a vertical direction (Z-axis direction) on which the base material 21 is placed. And a movable stage 25.

有機半導体材料を含む帯電した粉体を散布するには、有機半導体材料を含む帯電した粉体を保持したホルダー22を基材21上へ移動し、ホルダー22あるいは基材21側の電極23に粉体の帯電極性と逆極性の電圧をかけることで静電力によりホルダー22から帯電した有機半導体材料が離れ、ステージ25に固定された基材21上へ散布される。また、ホルダー22あるいは基材21側の電極23にかける電圧は、直流電圧及び交流電圧のどちらでもよい。 In order to spray the charged powder containing the organic semiconductor material, the holder 22 holding the charged powder containing the organic semiconductor material is moved onto the base material 21, and the powder is applied to the holder 22 or the electrode 23 on the base material 21 side. By applying a voltage having a polarity opposite to the charging polarity of the body, the charged organic semiconductor material is separated from the holder 22 by electrostatic force, and is dispersed on the base material 21 fixed to the stage 25. The voltage applied to the holder 22 or the electrode 23 on the base material 21 side may be either a DC voltage or an AC voltage.

有機半導体材料を散布する位置は、ホルダー22或いは基材21側の電極23へ電圧をかける位置、印加電圧のプログラム等を制御することにより基材21上の所望の位置に有機半導体材料をパターニングすることができる。基材21とホルダー22との間の距離によりパターニング精度が変わることもある。基材21とホルダー22との間の距離は、作成するパターンの精細度に依存するが、通常10mm以下であり、1mm以下であることが好ましい。また、散布量は、ホルダー22又は基材21側の電極23へかける電圧の大きさ、電圧の印加回数等により制御することができる。これらの電圧はホルダー22或いは電極23に接続した外部電源から供給される。 The position where the organic semiconductor material is sprayed is a position where a voltage is applied to the electrode 23 on the holder 22 or the base material 21 side, and the organic semiconductor material is patterned at a desired position on the base material 21 by controlling the program of the applied voltage. be able to. The patterning accuracy may change depending on the distance between the base material 21 and the holder 22. The distance between the base material 21 and the holder 22 depends on the fineness of the pattern to be created, but is usually 10 mm or less, and preferably 1 mm or less. Further, the spray amount can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the electrode 22 on the holder 22 or the substrate 21 side, the number of times the voltage is applied, and the like. These voltages are supplied from an external power source connected to the holder 22 or the electrode 23.

帯電した粉体を保持するホルダー22は磁石であることが好ましい。粉体を帯電させるために磁性を持つキャリア粒子を使用し、ホルダー22として磁石を使用した場合、キャリア粒子が基材21上へ散布されずにホルダー22である磁石に保持され、磁性のない有機半導体材料のみを静電力により基材21上へ散布することができる。 The holder 22 that holds the charged powder is preferably a magnet. When magnetic carrier particles are used to charge the powder and a magnet is used as the holder 22, the carrier particles are not scattered on the base material 21 but are held by the magnet serving as the holder 22, and thus the organic material having no magnetism is used. Only the semiconductor material can be dispersed on the base material 21 by electrostatic force.

上記パターニング工程により基板上に設けられる有機半導体材料は、そのままでも有機半導体として機能するが、半導体特性を向上させるために、基材上に散布した有機半導体材料を薄膜化する工程(以下、「薄膜化工程」と呼ぶ)を上記パターニング後に実施することが好ましい。薄膜化工程を経ることにより微粒子状の有機半導体材料を均一な薄膜とすることができる。 The organic semiconductor material provided on the substrate by the patterning step functions as an organic semiconductor as it is, but in order to improve semiconductor characteristics, a step of thinning the organic semiconductor material scattered on the base material (hereinafter, referred to as “thin film”). It is preferable to carry out after the patterning. By passing through the thinning step, the fine-particle organic semiconductor material can be formed into a uniform thin film.

薄膜化工程は、有機半導体材料に対して熱及び圧力を付与することにより、有機半導体材料を薄膜化して有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を形成することを特徴とするものである。上記方法によれば、短時間の処理で有機半導体薄膜の特性を向上させることができる。また、上記方法においては、超音波振動付与終了後の冷却過程に有機半導体材料に対して圧力を加えた場合であっても、冷却過程での相変化などにより有機半導体薄膜に亀裂が入ることが起こり難い。 The thinning step is characterized by applying heat and pressure to the organic semiconductor material to thin the organic semiconductor material to form an organic semiconductor thin film made of the organic semiconductor material. According to the above method, the characteristics of the organic semiconductor thin film can be improved by a short-time treatment. Further, in the above method, even when pressure is applied to the organic semiconductor material in the cooling process after the end of ultrasonic vibration application, cracks may occur in the organic semiconductor thin film due to phase changes in the cooling process. Hard to happen.

有機半導体材料に対して熱及び圧力を加えながら薄膜化する方法としては、非特許文献1にある熱プレス法、特許文献4にあるような熱ロールによりラミネート処理する方法及び有機半導体材料に対して圧力を加えながら超音波振動を付与する方法などが挙げられるが、スループットを考慮すると熱ロールによりラミネート処理する方法及び有機半導体材料に対して圧力を加えながら超音波振動を付与する方法が好ましい。 As a method of forming a thin film while applying heat and pressure to an organic semiconductor material, a hot pressing method described in Non-Patent Document 1, a method of laminating with a heat roll as disclosed in Patent Document 4, and an organic semiconductor material can be used. Examples of the method include applying ultrasonic vibration while applying pressure. Considering throughput, a method of laminating with a heat roll and a method of applying ultrasonic vibration to the organic semiconductor material while applying pressure are preferable.

有機半導体材料に対して熱及び圧力を加えながら薄膜化する方法の一例である熱ロールを利用したラミネート処理する方法では、熱ロールからなる一般的な熱ラミネーターが使用できる。そのような一般的な熱ラミネーターの例を図2に示す。図2に示すように、本例の熱ラミネーター30は、有機半導体材料を含む被処理物34に対して熱及び圧力を加えるための一対の熱ロール31及び一対の熱ロール32と、被処理物34を熱ラミネーター30外部へ送るフィードロール33とを備えている。 In a method of laminating using a heat roll, which is an example of a method of forming a thin film while applying heat and pressure to an organic semiconductor material, a general heat laminator composed of a heat roll can be used. An example of such a general thermal laminator is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the thermal laminator 30 of this example includes a pair of thermal rolls 31 and a pair of thermal rolls 32 for applying heat and pressure to an object to be treated 34 containing an organic semiconductor material, and an object to be treated. And a feed roll 33 for feeding 34 to the outside of the thermal laminator 30.

図2に示す一般的な熱ラミネーター30を使用する場合、有機半導体材料を含む被処理物(有機半導体材料単独、有機半導体材料と基材との組み合わせ、有機半導体材料と保護フィルム又は保護層との組み合わせ、又は有機半導体材料と基材と保護フィルム又は保護層との組み合わせ)34を一対の熱ロール31間及び一対の熱ロール32間に挟持し、熱ロール31・32の接触部の加熱と1対の熱ロール31・32間のニップ圧とを利用して有機半導体材料を薄膜化することができる。薄膜化後、被処理物34はフィードロール33を経て熱ラミネーター30外部へ送られる。 When the general thermal laminator 30 shown in FIG. 2 is used, an object to be processed containing an organic semiconductor material (organic semiconductor material alone, combination of organic semiconductor material and base material, organic semiconductor material and protective film or protective layer) Or a combination of an organic semiconductor material, a base material, and a protective film or a protective layer) 34 is sandwiched between a pair of heat rolls 31 and a pair of heat rolls 32 to heat the contact portions of the heat rolls 31 and 32 and The organic semiconductor material can be thinned by utilizing the nip pressure between the pair of heat rolls 31 and 32. After being thinned, the object to be processed 34 is sent to the outside of the thermal laminator 30 via the feed roll 33.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法の一例である加圧しながら超音波処理を行う方法では、包装フィルムの圧着等に使用される一般的な超音波溶着機(超音波ウェルダー)を用いる方法が挙げられる。一般的な超音波溶着機を使用する場合、有機半導体材料を含む被処理物の上方から超音波溶着機により有機半導体材料に対して圧力を加えながら超音波振動を付与し、超音波振動により生じた摩擦熱と圧力とを利用して有機半導体材料を薄膜化することができる。一般的な超音波溶着機は、被処理物に押し当てられて被処理物に圧力を加えると共に超音波振動を付与するためのホーンを加圧部材として備えている。 In the method of performing ultrasonic treatment while applying pressure, which is an example of the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, a method using a general ultrasonic welding machine (ultrasonic welder) used for pressure bonding of a packaging film and the like can be mentioned. To be When using a general ultrasonic welding machine, ultrasonic vibration is applied from above the object to be processed containing the organic semiconductor material while applying pressure to the organic semiconductor material with the ultrasonic welding machine. The organic semiconductor material can be thinned by utilizing the friction heat and pressure. A general ultrasonic welding machine includes a horn as a pressing member that is pressed against an object to be processed to apply pressure to the object and to apply ultrasonic vibration.

そのような一般的な超音波溶着機の例を図3に示す。図3に示すように、本例の超音波溶着機40は、超音波を発振する超音波発振器(ジェネレーター)41と、超音波振動を発するための超音波振動子(コンバーター)42と、超音波振動を増幅するためのブースター43と、ホーン44と、被処理物に圧力を加えるための加圧機構(プレスユニット)45と、その上に被処理物が配置される加熱ステージ46を備えている。加圧機構45は、超音波振動子42、ブースター43、及びホーン44が取り付けられたアーム部45aと、アーム部45aを鉛直方向上下に滑動可能に支持する支柱45bとを備えている。加熱ステージ46は、加熱ステージ46の上面を所定温度に加熱するためのヒーター46aを備えている。 An example of such a general ultrasonic welding machine is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the ultrasonic welding machine 40 of the present embodiment includes an ultrasonic oscillator (generator) 41 for oscillating ultrasonic waves, an ultrasonic transducer (converter) 42 for generating ultrasonic vibrations, and an ultrasonic wave. A booster 43 for amplifying vibration, a horn 44, a pressurizing mechanism (press unit) 45 for applying pressure to the object to be processed, and a heating stage 46 on which the object to be processed are arranged are provided. .. The pressurizing mechanism 45 includes an arm portion 45a to which the ultrasonic transducer 42, the booster 43, and the horn 44 are attached, and a support pillar 45b that slidably supports the arm portion 45a in the vertical direction. The heating stage 46 includes a heater 46a for heating the upper surface of the heating stage 46 to a predetermined temperature.

これらの薄膜化工程では、有機半導体材料を単独で被処理物として使用してもよいが、有機半導体材料を基材上に配置してなるものを被処理物として使用し、基材上の有機半導体材料に対して上記処理を施すことがより好ましい。本発明の方法では、基材上の有機半導体材料に対して上記処理を施すことによってミクロン、サブミクロンオーダーの有機半導体材料の粉体が、数10乃至数100ナノメーターの有機半導体薄膜となると同時に結晶の再配向が起こり結晶の方位を均一化することができる。 In these thinning steps, the organic semiconductor material may be used alone as an object to be treated, but an organic semiconductor material arranged on a substrate is used as an object to be treated, and It is more preferable to perform the above treatment on the semiconductor material. In the method of the present invention, by subjecting the organic semiconductor material on the substrate to the above treatment, the powder of the organic semiconductor material of the order of micron or submicron becomes an organic semiconductor thin film of several tens to several hundreds of nanometers at the same time Reorientation of the crystal occurs and the crystal orientation can be made uniform.

また、パターニング工程において有機半導体材料を散布した際に有機半導体材料の散布される位置が有機半導体薄膜を形成しようとする所望の位置(例えば、有機薄膜トランジスタを製造する場合には、基材上におけるソース電極とドレイン電極との間の位置)から幾らかずれたとしても、薄膜化工程により有機半導体材料が基材表面方向に押し広げられるので、所望の位置に有機半導体薄膜を形成することができる。 Further, when the organic semiconductor material is sprayed in the patterning step, the position where the organic semiconductor material is sprayed is a desired position where the organic semiconductor thin film is to be formed (for example, in the case of manufacturing an organic thin film transistor, the source on the substrate is Even if it is slightly displaced from the position (between the electrode and the drain electrode), the organic semiconductor material is spread in the surface direction of the substrate by the thinning step, so that the organic semiconductor thin film can be formed at a desired position.

有機半導体材料の薄膜化工程では、1対の基材の間に有機半導体材料を挟んだものを被処理物として使用し、1対の基材の間に挟まれた有機半導体材料に対して上記処理を施すことがさらに好ましい。すなわち、有機半導体材料の薄膜化工程では、例えば、1枚の基材上にパターニングされた有機半導体材料上にもう1枚の基材を載置して有機半導体材料を1対の基材の間に挟持し、該載置した基材の上部から熱及び圧力を同時に付与することによって有機半導体材料を薄膜化することがさらに好ましい。これにより、上記処理時に、有機半導体材料が薄膜化に使用する接触部(熱ロールや超音波振動装置)やステージなどに付着することを回避できると共に、冷却過程での相変化などにより有機半導体薄膜に亀裂が入ることを回避できる。上記基材としては、後段で有機薄膜トランジスタ10A及び10Bを構成する基材1及び1’の例として挙げるガラス等の無機基板や各種の樹脂フィルム、これらの上に電極及び/又は絶縁層を形成したものなどが挙げられるが、樹脂フィルムであることが好ましい。 In the step of thinning the organic semiconductor material, a material in which the organic semiconductor material is sandwiched between a pair of base materials is used as an object to be processed. It is more preferable to perform the treatment. That is, in the thinning process of the organic semiconductor material, for example, between one and placing the other one substrate onto the organic semiconductor material which is patterned on a substrate an organic semiconductor material a pair of substrates It is more preferable that the organic semiconductor material is made into a thin film by sandwiching it between the substrates and applying heat and pressure simultaneously from the upper portion of the placed substrate. This makes it possible to prevent the organic semiconductor material from adhering to the contact portion (heat roll or ultrasonic vibration device) or stage used for thinning during the above treatment, and to reduce the organic semiconductor thin film due to phase change during the cooling process. It is possible to avoid cracks in the. As the base material, an inorganic substrate such as glass and various resin films, which are given as examples of the base materials 1 and 1′ constituting the organic thin film transistors 10A and 10B in the latter stage, and various resin films, and an electrode and/or an insulating layer are formed thereon. Examples thereof include a resin film, but a resin film is preferable.

有機半導体材料に対して圧力を加える方法は特に限定されないが、有機半導体材料に対して直接又は保護フィルム若しくは保護層を介して熱ロール(例えば図2における31及び32)のニップ圧を用いる方法あるいは加圧部材(例えば図3における44)を押し当てる方法が好適である。有機半導体材料に対して保護フィルム又は保護層を介して加圧する場合、有機半導体材料を基材と保護フィルム又は保護層との間に挟持したものを被処理物として使用し、基材上の有機半導体材料に対して保護フィルム又は保護層を介して加圧部材を押し当てることがより好ましい。これにより、均一な厚みの有機半導体薄膜を形成することができる。ここで用いられる保護フィルム又は保護層は、基材と同一でも異なっていてもよい。また、有機半導体薄膜を形成後に保護層から剥離するために、離型材の上に保護層を積層したフィルムを離型材が有機半導体材料に接するように有機半導体材料上に設けることもできる。上記保護フィルム又は保護層については、後述する。 The method of applying pressure to the organic semiconductor material is not particularly limited, but a method of using a nip pressure of a thermo roll (for example, 31 and 32 in FIG. 2) directly to the organic semiconductor material or through a protective film or protective layer, or A method of pressing a pressure member (for example, 44 in FIG. 3) is suitable. When pressure is applied to the organic semiconductor material through the protective film or protective layer, the organic semiconductor material sandwiched between the base material and the protective film or protective layer is used as the object to be treated, and It is more preferable to press the pressure member against the semiconductor material via the protective film or the protective layer. Thereby, the organic semiconductor thin film having a uniform thickness can be formed. The protective film or protective layer used here may be the same as or different from the base material. Further, in order to separate the organic semiconductor thin film from the protective layer after the organic semiconductor thin film is formed, a film having a protective layer laminated on the mold releasing material may be provided on the organic semiconductor material so that the mold releasing material contacts the organic semiconductor material. The protective film or protective layer will be described later.

有機半導体材料に対して熱及び圧力をかけて薄膜化する時(以下、適宜、「薄膜化処理時」と呼ぶ)における有機半導体材料の温度は、有機半導体材料の種類に応じて設定される。有機半導体材料が相転移点(相転移温度)を有する場合、有機半導体材料の相転移点に対して0〜+80℃の範囲内に薄膜化処理時の有機半導体材料の温度を調整することが好ましい。また、有機半導体材料を基材と組み合わせて使用する場合、薄膜化処理時の有機半導体材料の温度を、使用する基材のガラス転移点(ガラス転移温度)よりも低い温度に設定することが好ましく、有機半導体材料の相転移点と基材のガラス転移点との組み合わせにより薄膜化処理時の有機半導体材料の温度の最適な温度範囲が設定される。 The temperature of the organic semiconductor material when the organic semiconductor material is thinned by applying heat and pressure (hereinafter, appropriately referred to as “thinning processing”) is set according to the type of the organic semiconductor material. When the organic semiconductor material has a phase transition point (phase transition temperature), it is preferable to adjust the temperature of the organic semiconductor material during thinning treatment within a range of 0 to +80° C. with respect to the phase transition point of the organic semiconductor material. .. When the organic semiconductor material is used in combination with the base material, it is preferable to set the temperature of the organic semiconductor material during the thinning treatment to a temperature lower than the glass transition point (glass transition temperature) of the base material used. The optimum temperature range of the temperature of the organic semiconductor material during the thinning process is set by the combination of the phase transition point of the organic semiconductor material and the glass transition point of the base material.

有機半導体材料を薄膜化するためには、有機半導体材料の温度は、有機半導体材料の相転移点(すなわち液晶転移点、ガラス転移点、融点など)を超える温度にすることが好ましい。この場合、その条件下では、有機半導体材料が薄膜化処理時に固相から液晶相、ガラス相、液相などへ相転移(相変化)して、流動性をもつようになり、与えられた圧力により薄膜化される。この場合、超音波振動の付与を終了した後の冷却過程において有機半導体材料が再結晶化し、有機半導体薄膜が得られる。すなわち、本発明の有機半導体薄膜の形成工程では、固相の有機半導体材料を相転移させた後に有機半導体材料を再結晶化することで、有機半導体材料を薄膜化することが好ましい。これにより、固相の有機半導体材料を相転移させることで、有機半導体材料の流動性が高くなるので、有機半導体材料が薄膜化しやすくなる。有機半導体材料に対して熱及び圧力の付与を終了すると、有機半導体材料の温度は急激に低下し、有機半導体材料の再配向及び再結晶化が起こる。このようにして得られた有機半導体薄膜は、一般的な溶液プロセスで得られる有機半導体薄膜に比べ結晶粒間にクラックが生じにくい。なお、薄膜化処理時に有機半導体材料の相転移が起こらない場合であっても、有機半導体材料が超音波振動により加熱された状態で十分な圧力を受けることで、薄膜化が起こりうる。 In order to reduce the thickness of the organic semiconductor material, the temperature of the organic semiconductor material is preferably higher than the phase transition point (that is, liquid crystal transition point, glass transition point, melting point, etc.) of the organic semiconductor material. In this case, under such conditions, the organic semiconductor material becomes liquid when it undergoes a phase transition (phase change) from the solid phase to the liquid crystal phase, glass phase, liquid phase, etc. during the thinning process, and the applied pressure Is thinned by. In this case, the organic semiconductor material is recrystallized in the cooling process after the application of ultrasonic vibration is finished, and an organic semiconductor thin film is obtained. That is, in the step of forming the organic semiconductor thin film of the present invention, it is preferable that the organic semiconductor material is thinned by recrystallizing the organic semiconductor material after the solid phase organic semiconductor material is phase-transformed. As a result, the solid phase organic semiconductor material undergoes a phase transition to increase the fluidity of the organic semiconductor material, which facilitates the thinning of the organic semiconductor material. When the application of heat and pressure to the organic semiconductor material is finished, the temperature of the organic semiconductor material is rapidly lowered, and reorientation and recrystallization of the organic semiconductor material occur. The organic semiconductor thin film thus obtained is less prone to cracks between crystal grains than an organic semiconductor thin film obtained by a general solution process. Even when the organic semiconductor material does not undergo a phase transition during the thinning treatment, the organic semiconductor material may be thinned by receiving sufficient pressure while being heated by ultrasonic vibration.

前記薄膜化工程においては、有機半導体材料の結晶が再配向して結晶の方位が均一化されると考えられることが1つの特徴である。このため、これらの有機半導体材料の中でも、特に結晶性を有する有機半導体材料を用いたときは、例えば移動度等の半導体特性に優れた有機半導体デバイスを短時間で容易に得ることができる。 One feature of the thinning step is that the crystals of the organic semiconductor material are considered to be reoriented and the orientation of the crystals is made uniform. Therefore, among these organic semiconductor materials, particularly when an organic semiconductor material having crystallinity is used, an organic semiconductor device having excellent semiconductor characteristics such as mobility can be easily obtained in a short time.

上述の有機半導体材料を散布する工程および熱及び圧力を付与することにより有機薄膜を形成する工程を経て、溶媒を使用せずに、有機半導体デバイスに使用する有機薄膜を形成することができる。 Through the step of spraying the above-mentioned organic semiconductor material and the step of forming an organic thin film by applying heat and pressure, an organic thin film used for an organic semiconductor device can be formed without using a solvent.

前記パターニング工程の好ましい態様として、有機半導体材料及びキャリア粒子を含む帯電した粉体から磁性によりキャリア粒子のみを分離し、基材上へ帯電した有機半導体材料のみを散布する方法が挙げられる。 As a preferred embodiment of the patterning step, there is a method in which only carrier particles are magnetically separated from a charged powder containing an organic semiconductor material and carrier particles, and only the charged organic semiconductor material is dispersed on a base material.

ここでいうキャリア粒子とは磁性材料からなる粒子であり、該キャリア粒子としては、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、これらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金など公知の磁性材料からなる磁性粒子が挙げられ、フェライト粒子が好ましい。また、前記の磁性材料からなる磁性粒子の表面を樹脂等で被覆したもの、樹脂中に磁性微粉末を分散したもの等をキャリア粒子として用いることもできる。もっとも簡便なキャリア粒子として、一般社団法人日本画像学会から市販されている標準キャリアなどが挙げられる。キャリア粒子の平均粒子径は通常50〜200μmである。有機半導体材料とキャリア粒子とを例えば3乃至15:97乃至85の質量比で混合した後、撹拌、振盪などにより有機半導体材料を摩擦帯電させることができる。 The carrier particles referred to here are particles made of a magnetic material, and the carrier particles are made of a known magnetic material such as metals such as iron, ferrite and magnetite, and alloys of these metals with metals such as aluminum and lead. Magnetic particles are mentioned, and ferrite particles are preferable. Further, magnetic particles made of the above magnetic material, whose surface is coated with a resin or the like, magnetic fine powder dispersed in a resin, or the like can also be used as carrier particles. Examples of the simplest carrier particles include standard carriers commercially available from The Imaging Society of Japan. The average particle diameter of the carrier particles is usually 50 to 200 μm. After mixing the organic semiconductor material and carrier particles in a mass ratio of, for example, 3 to 15:97 to 85, the organic semiconductor material can be triboelectrically charged by stirring, shaking, or the like.

また、有機半導体材料を、あらかじめジェットミル、ビーズミル、ボールミル等の粉砕機により、1〜20μmの粒径に粉砕し、その後、得られた有機半導体材料の粉体をキャリア粒子と混合することもできる。有機半導体材料の粉体をキャリア粒子と混合した後、撹拌・振盪させることで、有機半導体材料が正あるいは負に帯電し、キャリア粒子上に静電気力により有機半導体材料の粉体が付着する。 Alternatively, the organic semiconductor material may be pulverized in advance with a pulverizer such as a jet mill, a bead mill, a ball mill to a particle size of 1 to 20 μm, and then the obtained powder of the organic semiconductor material may be mixed with carrier particles. .. By mixing the powder of the organic semiconductor material with the carrier particles and then stirring and shaking the powder, the organic semiconductor material is charged positively or negatively, and the powder of the organic semiconductor material adheres to the carrier particles by electrostatic force.

本発明の製造方法で製造される有機半導体デバイスは、有機半導体薄膜を含む半導体層を1対の電極で挟み込んだ構成であれば特に限定されないが、有機薄膜トランジスタであることが好ましい。本発明の製造方法で製造される有機半導体デバイスは、ソース電極及びドレイン電極の2つの電極が有機半導体薄膜を含む半導体層に接しており、それらソース電極及びドレイン電極の間に流れる電流を、ゲート絶縁層を介してゲート電極と呼ばれるもう一つの電極に印加する電圧で制御する構成の有機薄膜トランジスタであることがより好ましい。すなわち、本発明の製造方法で製造される有機半導体デバイスとしては、互いに離間するように配設されたソース電極及びドレイン電極と、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に配設された有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含む半導体層と、上記半導体層に対向するように配設されたゲート電極と、上記半導体層と上記ゲート電極との間に配設された絶縁層(ゲート絶縁層)とを備える有機電界効果トランジスタである有機薄膜トランジスタがより好ましい。上記有機電界効果トランジスタは、上記ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート電極、及び絶縁層を基材上に備えることがさらに好ましい。 The organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited as long as it has a structure in which a semiconductor layer including an organic semiconductor thin film is sandwiched by a pair of electrodes, but is preferably an organic thin film transistor. In the organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention, two electrodes of a source electrode and a drain electrode are in contact with a semiconductor layer including an organic semiconductor thin film, and a current flowing between the source electrode and the drain electrode is applied to a gate. It is more preferable that the organic thin film transistor is configured to be controlled by a voltage applied to another electrode called a gate electrode via the insulating layer. That is, as the organic semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention, the organic semiconductor device arranged between the source electrode and the drain electrode and the source electrode and the drain electrode arranged so as to be separated from each other. A semiconductor layer including an organic semiconductor thin film made of a material, a gate electrode arranged to face the semiconductor layer, and an insulating layer (gate insulating layer) arranged between the semiconductor layer and the gate electrode. More preferred is an organic thin film transistor which is an organic field effect transistor comprising: It is further preferable that the organic field effect transistor includes the source electrode, the drain electrode, the semiconductor layer, the gate electrode, and the insulating layer on a base material.

本発明の製造方法で製造される有機薄膜トランジスタの態様例を図11(a)及び図11(b)に示す。
図11(a)に示す有機薄膜トランジスタ10Aは、ボトムゲート型有機電界効果トランジスタと呼ばれるものである。有機薄膜トランジスタ10Aは、基材1と、基材1上に積層されたゲート電極2と、ゲート電極2の上面(基材1に対向する面の裏面)上に積層されたゲート絶縁層3と、ゲート絶縁層3の上面の一部の上に互いに離間するように配設されたソース電極5及びドレイン電極6と、ゲート絶縁層3の上面(ただしソース電極5及びドレイン電極6が配設されている部分を除く)の上に配設された有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含む半導体層4とを備えている。
A mode example of an organic thin film transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention is shown in FIGS.
The organic thin film transistor 10A shown in FIG. 11(a) is called a bottom gate type organic field effect transistor. The organic thin film transistor 10A includes a base material 1, a gate electrode 2 laminated on the base material 1, a gate insulating layer 3 laminated on an upper surface of the gate electrode 2 (a back surface of a surface facing the base material 1), A source electrode 5 and a drain electrode 6 are provided on a part of the upper surface of the gate insulating layer 3 so as to be separated from each other, and an upper surface of the gate insulating layer 3 (however, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided. A semiconductor layer 4 including an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material, which is disposed on the upper surface of the semiconductor layer 4 (excluding a portion where the organic semiconductor material is provided).

図11(b)に示す有機薄膜トランジスタ10Bは、有機電界効果トランジスタであり、基材1’と、基材1’上に積層されたゲート絶縁層3’と、ゲート絶縁層3’の上面(基材1’に対向する面の裏面)の一部の上に互いに離間するように配設されたソース電極5及びドレイン電極6と、ゲート絶縁層3’の上面(ただしソース電極5及びドレイン電極6が配設されている部分を除く)の上に配設された有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含む半導体層4と、半導体層4の上面上に配設されたゲート絶縁層3と、ゲート絶縁層3の上面上に積層されたゲート電極2と、ゲート電極2の上面上に積層された基材1とを備えている。なお、有機薄膜トランジスタ10Bでは、基材1’及びゲート絶縁層3’の一方を省略してもよい。また、本発明の有機薄膜トランジスタは、有機薄膜トランジスタ10Bから基材1’及びゲート絶縁層3’の両方を取り除いた構造(トップゲート型有機電界効果トランジスタと呼ばれる)の有機薄膜トランジスタであってもよい。 The organic thin film transistor 10B shown in FIG. 11B is an organic field effect transistor, and includes a base material 1′, a gate insulating layer 3′ stacked on the base material 1′, and an upper surface (base) of the gate insulating layer 3′. The source electrode 5 and the drain electrode 6 which are arranged so as to be spaced apart from each other on a part of the back surface of the surface facing the material 1 ′, and the upper surface of the gate insulating layer 3 ′ (however, the source electrode 5 and the drain electrode 6 ). A semiconductor layer 4 including an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material, a gate insulating layer 3 provided on an upper surface of the semiconductor layer 4, and a gate. The gate electrode 2 is stacked on the upper surface of the insulating layer 3, and the base material 1 is stacked on the upper surface of the gate electrode 2. In the organic thin film transistor 10B, one of the base material 1'and the gate insulating layer 3'may be omitted. Further, the organic thin film transistor of the present invention may be an organic thin film transistor having a structure (called a top gate type organic field effect transistor) in which both the base material 1'and the gate insulating layer 3'are removed from the organic thin film transistor 10B.

次に、図11(a)及び図11(b)に示される本発明の製造方法で製造される有機薄膜トランジスタの態様例における各構成要素につき説明する。 Next, each component in the embodiment of the organic thin film transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention shown in FIGS. 11A and 11B will be described.

基材1及び1’としては、ガラス等の無機基板のほか、樹脂フィルムを使用できる。基材1及び1’は、有機薄膜トランジスタ10A及び10Bのフレキシブル性を考慮すると、樹脂フィルムであることが好ましい。上記樹脂フィルムを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。基材1及び1’の種類は、加圧及び超音波振動付与時におけるプロセス温度に応じて選択される。また、これらの基材1及び1’表面の平滑性を高めるために基材1及び1’の上に平坦化層を有してもよい。上記樹脂フィルムを構成する樹脂中には、金属密着性や耐久性を向上させるために、ナノオーダー(例えば5nm)の平均粒子径を有する無機酸化物粒子(例えばシリカ粒子)を分散させてもよい。これらの基材1及び1’としては、ガラス転移点が100℃以上であるものが好ましく、ガラス転移点が150℃以上であるものがさらに好ましい。基材1及び1’の厚さは、通常は1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜3mmである。 As the base materials 1 and 1', a resin film can be used in addition to an inorganic substrate such as glass. Considering the flexibility of the organic thin film transistors 10A and 10B, the substrates 1 and 1'are preferably resin films. Examples of the resin forming the resin film include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, and polyetherimide. The types of the substrates 1 and 1'are selected according to the process temperature at the time of applying pressure and applying ultrasonic vibration. Further, a flattening layer may be provided on the base materials 1 and 1 ′ in order to improve the smoothness of the surfaces of the base materials 1 and 1 ′. Inorganic oxide particles (for example, silica particles) having an average particle size on the order of nanometers (for example, 5 nm) may be dispersed in the resin forming the resin film in order to improve metal adhesion and durability. .. As these substrates 1 and 1 ′, those having a glass transition point of 100° C. or higher are preferable, and those having a glass transition point of 150° C. or higher are more preferable. The thickness of the substrates 1 and 1'is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 3 mm.

基材1として樹脂フィルムを使用した場合、有機薄膜トランジスタの曲げ耐性を考慮して、有機薄膜トランジスタ10Bのように基材1及び1’で半導体層4を挟み込む構成にしてもよい。この構成の場合、2種類の基材1及び1’の材質を同一にすることが好ましい。このような樹脂フィルムからなる基材1及び1’を用いることにより有機薄膜トランジスタに可撓性を持たせることができ、高い曲げ耐性を持つフレキシブルで軽量な有機薄膜トランジスタを実現でき、有機薄膜トランジスタの実用性が向上する。 When a resin film is used as the base material 1, the semiconductor layer 4 may be sandwiched between the base materials 1 and 1'as in the organic thin film transistor 10B in consideration of bending resistance of the organic thin film transistor. In the case of this configuration, it is preferable that the materials of the two types of base materials 1 and 1'be the same. By using the substrates 1 and 1′ made of such a resin film, the organic thin film transistor can be made flexible, and a flexible and lightweight organic thin film transistor having high bending resistance can be realized. Is improved.

ソース電極5、ドレイン電極6、及びゲート電極2には、導電性材料(導電性を有する材料)が用いられる。上記導電性材料としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO、ZnO、SnO、ITO(酸化インジウムスズ)等の導電性無機酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン(PEDOT・PSSなど)、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物;カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、等が使用できる。ソース電極5、ドレイン電極6、及びゲート電極2の接触抵抗を低下させるために、上で挙げた各種の材料に酸化モリブデンをドーピングしたり、上記金属にチオールなどによる処理をしたりしても良い。また、上記導電性材料として、上で挙げた各種の材料にカーボンブラックを分散した導電性の複合材料や、金、白金、銀、銅などの金属などの粒子を上で挙げた各種の材料(ただし、粒子と異なる材料)に分散した導電性の複合材料も用いることができる。有機薄膜トランジスタ10A及び10Bを動作させる際にはゲート電極2、ソース電極5、及びドレイン電極6には配線が連結される。配線も、ゲート電極2、ソース電極5、及びドレイン電極6の材料とほぼ同じ材料で作製される。ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極2の厚みは、その材料によって異なるが、通常1nm〜10μmであり、好ましくは10nm〜5μmであり、より好ましくは30nm〜1μmである。A conductive material (material having conductivity) is used for the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 2. Examples of the conductive material include platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, barium, lithium. , Metals such as potassium, sodium, and alloys containing them; conductive inorganic oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 , ITO (indium tin oxide); polyaniline, polypyrrole, polythiophene (PEDOT/PSS, etc.), polyacetylene, Conductive polymer compounds such as polyparaphenylene vinylene and polydiacetylene; carbon materials such as carbon nanotubes and graphite can be used. In order to reduce the contact resistance of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 2, the above-mentioned various materials may be doped with molybdenum oxide, or the above metal may be treated with thiol or the like. .. Further, as the above-mentioned conductive material, a conductive composite material in which carbon black is dispersed in each of the above-mentioned materials and particles of a metal such as gold, platinum, silver, or copper are listed as various materials ( However, a conductive composite material dispersed in a material different from the particles) can also be used. Wirings are connected to the gate electrode 2, the source electrode 5, and the drain electrode 6 when operating the organic thin film transistors 10A and 10B. The wiring is also made of substantially the same material as the material of the gate electrode 2, the source electrode 5, and the drain electrode 6. The thickness of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 2 varies depending on the material thereof, but is usually 1 nm to 10 μm, preferably 10 nm to 5 μm, and more preferably 30 nm to 1 μm.

ゲート絶縁層3及び3’は、絶縁性材料(絶縁性を有する材料)の層である。上記絶縁性材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート(アクリル樹脂)、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の無機酸化物;SrTiO、BaTiO等の強誘電性無機酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の無機窒化物;無機硫化物;無機フッ化物などの誘電体の粒子をポリマー中に分散させた材料等が使用できる。ゲート絶縁層3に使用する絶縁性材料は、加圧及び超音波振動付与によるダメージの有無をあらかじめ確認することが好ましく、基材1と同様、熱的な安定性が求められるほか、加圧及び超音波振動付与の処理後の絶縁破壊等も考慮する必要がある。ゲート絶縁層3及び3’の厚みは、それに使用する絶縁性材料によって異なるが、通常10nm〜10μmであり、好ましくは50nm〜5μmであり、より好ましくは100nm〜1μmである。図11(b)で示すような半導体層4を2枚の基材1及び1’に挟み込む構成を持つ有機薄膜トランジスタ10Bの場合、ゲート絶縁層3及び3’は、有機薄膜トランジスタ10Bの曲げ耐性を考慮して、同一の材質とすることが好ましい。The gate insulating layers 3 and 3′ are layers of an insulating material (material having an insulating property). Examples of the insulating material include polyparaxylylene, polyacrylate (acrylic resin) such as polymethylmethacrylate, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, Polymers such as fluorine-based resins, epoxy resins and phenol resins, and copolymers combining them; inorganic oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide and tantalum oxide; ferroelectric inorganic oxides such as SrTiO 3 and BaTiO 3. Materials; inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; inorganic sulfides; materials such as inorganic fluorides in which dielectric particles are dispersed in a polymer can be used. It is preferable that the insulating material used for the gate insulating layer 3 be checked in advance for damage due to pressurization and application of ultrasonic vibration, and similar to the base material 1, thermal stability is required. It is also necessary to consider dielectric breakdown after the treatment of applying ultrasonic vibration. The thickness of each of the gate insulating layers 3 and 3′ varies depending on the insulating material used, but is usually 10 nm to 10 μm, preferably 50 nm to 5 μm, and more preferably 100 nm to 1 μm. In the case of the organic thin film transistor 10B having a structure in which the semiconductor layer 4 is sandwiched between the two base materials 1 and 1′ as shown in FIG. 11B, the gate insulating layers 3 and 3′ have the bending resistance of the organic thin film transistor 10B taken into consideration. Then, it is preferable to use the same material.

半導体層4は、前述した有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含んでいる。半導体層4を構成する半導体材料として、前述した有機半導体材料を単独で用いてもよく、前述した有機半導体材料を他の半導体材料と組み合わせて用いてもよい。有機薄膜トランジスタ10A及び10Bの特性を改善するために、必要に応じて各種添加剤を、半導体層4を構成する半導体材料に混合してもよい。半導体層4の厚みは、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。有機薄膜トランジスタ10A及び10Bにおいては、半導体層4が所定以上の厚みを有していれば有機薄膜トランジスタ10A及び10Bの特性は半導体層4の厚みに依存しないが、半導体層4の厚みが厚くなると漏れ電流が増加してくることが多い。逆に半導体層4の厚みが薄すぎると、半導体層4中に電荷の通り道(チャネル)を形成できなくなるため、半導体層4が適度な厚みを有していることが必要である。有機薄膜トランジスタ10A及び10Bが必要な機能を示すための半導体層4の厚みは、通常1nm〜5μmであり、好ましくは10nm〜1μmであり、より好ましくは10nm〜500nmである。 The semiconductor layer 4 includes the organic semiconductor thin film made of the organic semiconductor material described above. As the semiconductor material forming the semiconductor layer 4, the organic semiconductor material described above may be used alone, or the organic semiconductor material described above may be used in combination with another semiconductor material. In order to improve the characteristics of the organic thin film transistors 10A and 10B, various additives may be mixed with the semiconductor material forming the semiconductor layer 4 if necessary. The thickness of the semiconductor layer 4 is preferably as thin as possible so long as the necessary functions are not lost. In the organic thin film transistors 10A and 10B, the characteristics of the organic thin film transistors 10A and 10B do not depend on the thickness of the semiconductor layer 4 as long as the semiconductor layer 4 has a thickness equal to or larger than a predetermined value. Often increases. Conversely, if the thickness of the semiconductor layer 4 is too thin, it is not possible to form a channel for the charge in the semiconductor layer 4, so the semiconductor layer 4 needs to have an appropriate thickness. The thickness of the semiconductor layer 4 for exhibiting the required functions of the organic thin film transistors 10A and 10B is usually 1 nm to 5 μm, preferably 10 nm to 1 μm, and more preferably 10 nm to 500 nm.

本発明の製造方法で製造される有機薄膜トランジスタでは、上述した各構成要素の間や、上述した各構成要素の露出した表面に必要に応じて他の層を設けてもよい。例えば、有機薄膜トランジスタ10Aにおける半導体層4上に直接又は他の層を介して、有機薄膜トランジスタ10Aを保護するための薄膜トランジスタ保護層を形成してもよい。これにより、有機薄膜トランジスタの電気的特性に対する湿度等の外気の影響を小さくして、有機薄膜トランジスタの電気的特性を安定化させることができる。また、有機薄膜トランジスタのオン/オフ比等の電気的特性を向上させることができる。 In the organic thin-film transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention, another layer may be provided between the above-mentioned constituent elements or on the exposed surface of each constituent element as required. For example, a thin film transistor protection layer for protecting the organic thin film transistor 10A may be formed directly or through another layer on the semiconductor layer 4 in the organic thin film transistor 10A. Thereby, the influence of outside air such as humidity on the electrical characteristics of the organic thin film transistor can be reduced, and the electrical characteristics of the organic thin film transistor can be stabilized. In addition, the electrical characteristics such as the on/off ratio of the organic thin film transistor can be improved.

上記薄膜トランジスタ保護層を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂;酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化物;及び窒化珪素等の窒化物等の誘電体等が好ましく、酸素の透過率、水分の透過率、及び吸水率の小さな樹脂(ポリマー)がより好ましい。上記薄膜トランジスタ保護層を構成する材料として、有機ELディスプレイ用に開発されているガスバリア性保護材料も使用できる。薄膜トランジスタ保護層の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常100nm〜1mmである。 The material forming the thin film transistor protective layer is not particularly limited, but examples thereof include epoxy resins, acrylic resins such as polymethylmethacrylate, polyurethanes, polyimides, polyvinyl alcohol, fluororesins, various resins such as polyolefins; silicon oxide, aluminum oxide. Inorganic oxides such as; and dielectrics such as nitrides such as silicon nitride are preferable, and resins (polymers) having small oxygen permeability, moisture permeability, and water absorption are more preferable. As a material for forming the thin film transistor protective layer, a gas barrier protective material developed for organic EL displays can also be used. The thin film transistor protective layer may have any thickness depending on its purpose, but is usually 100 nm to 1 mm.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法では、例えば、絶縁層および電極がその上に形成された基材上に有機半導体材料を上記の電圧印加の制御により散布し、有機半導体材料に対して熱及び圧力を加えながら薄膜化することにより有機半導体デバイスを製造する。 In the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, for example, an organic semiconductor material is dispersed on a base material on which an insulating layer and an electrode are formed by controlling the above voltage application, and heat and heat are applied to the organic semiconductor material. An organic semiconductor device is manufactured by forming a thin film while applying pressure.

本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、上記有機半導体デバイスが、互いに離間するように配設されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配設された有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含む半導体層と、前記半導体層に対向するように配設されたゲート電極と、前記半導体層と上記ゲート電極との間に配設された絶縁層とを基材上に備える有機電界効果トランジスタである有機薄膜トランジスタである場合、有機半導体薄膜を形成させる前に、前記基材上に有機半導体材料を含む帯電した粉体をパターニングする工程を実施することが好ましい。この製造方法では、図11(a)に示す有機薄膜トランジスタ10Aや、図11(b)に示す有機薄膜トランジスタ10Bを製造することができる。 In the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, the organic semiconductor device includes a source electrode and a drain electrode arranged so as to be separated from each other, and an organic semiconductor arranged between the source electrode and the drain electrode. A semiconductor layer including an organic semiconductor thin film made of a material, a gate electrode arranged to face the semiconductor layer, and an insulating layer arranged between the semiconductor layer and the gate electrode on a substrate. In the case of an organic thin film transistor which is an organic field effect transistor provided in, it is preferable to perform a step of patterning charged powder containing an organic semiconductor material on the base material before forming the organic semiconductor thin film. With this manufacturing method, the organic thin film transistor 10A shown in FIG. 11A and the organic thin film transistor 10B shown in FIG. 11B can be manufactured.

ここでは、2種類の基板を用いた図11(b)の態様例の有機薄膜トランジスタ10Bに基づき、本発明の有機半導体デバイスの製造方法を詳細に説明する。1つ目の基板(「ゲート基板」と呼ぶ)は、基材1上にゲート電極2及びゲート絶縁層3を積層したものである。他方の基板(ソース・ドレイン基板と呼ぶ)は、基材1’上にゲート絶縁層3’及びソース電極5と、ドレイン電極6とを積層したものである。また、以下の説明では、半導体層4が有機半導体薄膜のみからなる場合について説明する。 Here, the manufacturing method of the organic semiconductor device of the present invention will be described in detail based on the organic thin film transistor 10B of the embodiment example of FIG. 11B using two types of substrates. (Referred to as "gate board") The first substrate is formed by laminating a gate electrode 2 and the gate insulating layer 3 on the substrate 1. (Referred to as source-drain board) the other substrate, a and the source electrode 5 'gate insulating layer 3 on the' substrate 1 is obtained by laminating a drain electrode 6. Further, in the following description, the case where the semiconductor layer 4 is composed of only the organic semiconductor thin film will be described.

(ゲート基板の作成)
[基材1及び1’の処理]
ゲート基板は、上記でも説明した基材1上にゲート電極2及びゲート絶縁層3を設けることで作製される。基材1の表面には、基材1上に積層する各層の濡れ性(積層のしやすさ)を向上させるために表面処理(洗浄処理)を行ってもよい。表面処理の例としては、塩酸、硫酸、酢酸等による酸処理;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理;オゾン処理;フッ素化処理;酸素やアルゴン等のプラズマによるプラズマ処理;ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理;コロナ放電などの電気的処理等が挙げられる。
(Creation of the gate based on plate)
[Treatment of Substrates 1 and 1']
Gate board is made by providing the gate electrode 2 and the gate insulating layer 3 on the substrate 1 described in the above. The surface of the base material 1 may be subjected to a surface treatment (cleaning treatment) in order to improve the wettability of each layer laminated on the base material 1 (ease of lamination). Examples of the surface treatment include acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc.; alkali treatment with sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc.; ozone treatment; fluorination treatment; plasma with plasma such as oxygen or argon. Treatment: Langmuir-Blodgett film formation treatment; electrical treatment such as corona discharge.

[ゲート電極2の形成]
上記の導電性材料(電極材料)を用いて基材1上にゲート電極2を形成する。ゲート電極2を形成する方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が挙げられる。導電性材料の成膜時又は成膜後、導電性材料が所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行うのが好ましい。パターニングの方法として、各種の方法を使用できるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチングとを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、パターニングの方法として、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィー法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用することも可能である。印刷法により形成された電極は、所望の導電率に達するまで熱、光等のエネルギーを与えることにより、焼成される。
[Formation of gate electrode 2]
The gate electrode 2 is formed on the base material 1 using the above conductive material (electrode material). Examples of the method for forming the gate electrode 2 include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, a sol-gel method and the like. It is preferable to perform patterning as needed so that the conductive material has a desired shape during or after the film formation of the conductive material. Various methods can be used as the patterning method, and examples thereof include a photolithography method in which photoresist patterning and etching are combined. Further, as a patterning method, it is also possible to use a printing method such as inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, a soft lithography method such as a microcontact printing method, and a method combining a plurality of these methods. The electrode formed by the printing method is baked by applying energy such as heat and light until the desired conductivity is reached.

[ゲート絶縁層3の形成]
次に、上記の絶縁性材料を用いて、基材1上に形成されたゲート電極2上にゲート絶縁層3を形成する(図11(b)参照)。ゲート絶縁層3の形成方法としては、例えば、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法、バーコート法、ブレードコーティング法などの塗布法;スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法等の印刷法;真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD(化学気相成長)法などのドライプロセス法、等が挙げられる。ゲート絶縁層3には表面処理を行ってもよい。ゲート絶縁層3に表面処理を行うことで、その後に成膜される半導体層4とゲート絶縁層3との界面部分における分子配向や結晶性が制御され易くなると共に、基材1やゲート絶縁層3上のトラップ部位が低減されることにより、有機薄膜トランジスタ10Bのキャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基材1やゲート絶縁層3中に存在する例えば水酸基のような官能基をさし、このような官能基が基材1やゲート絶縁層3中に存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果として有機薄膜トランジスタ10Bのキャリア移動度が低下する。従って、基材1やゲート絶縁層3中のトラップ部位を低減することも、有機薄膜トランジスタ10Bのキャリア移動度等の特性の改良には有効な場合がある。
[Formation of gate insulating layer 3]
Next, the gate insulating layer 3 is formed on the gate electrode 2 formed on the base material 1 using the above insulating material (see FIG. 11B). Examples of the method for forming the gate insulating layer 3 include coating methods such as a spin coating method, a spray coating method, a dip coating method, a casting method, a bar coating method, and a blade coating method; a screen printing method, an offset printing method, an inkjet method, and the like. Printing method; a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, a dry process method such as a CVD (chemical vapor deposition) method, and the like. The gate insulating layer 3 may be surface-treated. By subjecting the gate insulating layer 3 to the surface treatment, it becomes easier to control the molecular orientation and crystallinity at the interface between the semiconductor layer 4 and the gate insulating layer 3 which are subsequently formed, and the substrate 1 and the gate insulating layer 3 are controlled. It is considered that the characteristics such as the carrier mobility of the organic thin film transistor 10B are improved by reducing the trapped portion on No. 3. The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group existing in the untreated base material 1 or the gate insulating layer 3, and when such a functional group exists in the base material 1 or the gate insulating layer 3, Electrons are attracted to the functional groups, and as a result, the carrier mobility of the organic thin film transistor 10B is reduced. Therefore, reducing the trap sites in the base material 1 and the gate insulating layer 3 may be effective in improving the characteristics such as carrier mobility of the organic thin film transistor 10B.

(ソース・ドレイン基板の作成)
[基材1’の処理]
ゲート基板は、上記でも説明した基材1’上にゲート絶縁層3’、ソース電極5、及びドレイン電極6を設けることで作製される。基材1’の表面には、基材1の表面と同様、上述した表面処理を行ってもよい。
(Creation of the source and drain board)
[Treatment of substrate 1']
Gate board is 'the gate insulating layer 3 on the' substrate 1 described in the above, is produced by the source electrode 5, and a drain electrode 6 provided. Similar to the surface of the base material 1, the surface of the base material 1 ′ may be subjected to the above-mentioned surface treatment.

[ゲート絶縁層3’の形成]
次に、上記の絶縁性材料を用いて、基材1’上にゲート絶縁層3’を形成する(図11(b)参照)。ゲート絶縁層3’の形成方法としては、ゲート絶縁層3の形成方法と同様の方法を用いることができる。ゲート絶縁層3’にも、ゲート絶縁層3と同様、表面処理を行ってもよい。
[Formation of gate insulating layer 3']
Next, the gate insulating layer 3′ is formed on the base material 1′ by using the above insulating material (see FIG. 11B). As a method for forming the gate insulating layer 3′, the same method as the method for forming the gate insulating layer 3 can be used. Similarly to the gate insulating layer 3, the gate insulating layer 3 ′ may be surface-treated.

[ソース電極5及びドレイン電極6の形成]
次に、上記の導電性材料を用いてゲート絶縁層3’上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する。ソース電極5及びドレイン電極6の材料は、同じでも、異なっても良い。ソース電極5及びドレイン電極6を形成する方法としては、ゲート電極2の形成方法と同様の方法を用いることができる。ソース電極5及びドレイン電極6を構成する導電性材料には、ソース電極5及びドレイン電極6の接触抵抗を低下させるために、酸化モリブデンなどをドーピングしてもよい。ソース電極5及びドレイン電極6が金属で構成される場合には、その金属にチオールなどによる処理をしても良い。酸化モリブデンやチオールなどは、導電性材料の成膜方法と同様の方法によってソース電極5及び/またはドレイン電極6上に積層することができる。
[Formation of Source Electrode 5 and Drain Electrode 6]
Next, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed on the gate insulating layer 3′ by using the above conductive material. The materials of the source electrode 5 and the drain electrode 6 may be the same or different. As a method of forming the source electrode 5 and the drain electrode 6, the same method as the method of forming the gate electrode 2 can be used. The conductive material forming the source electrode 5 and the drain electrode 6 may be doped with molybdenum oxide or the like in order to reduce the contact resistance of the source electrode 5 and the drain electrode 6. When the source electrode 5 and the drain electrode 6 are made of metal, the metal may be treated with thiol or the like. Molybdenum oxide, thiol, or the like can be stacked on the source electrode 5 and/or the drain electrode 6 by a method similar to the method of forming a conductive material.

[ソース・ドレイン基板上への有機半導体材料の散布]
次に、粉体パターニング装置20を用いて有機半導体材料をソース・ドレイン基板上に散布する。散布する方法は前述の通り、帯電した有機半導体を含む粉体を保持したホルダー22に有機半導体と同極性の電圧あるいは基材側の電極23に有機半導体の電荷と逆極性の電圧を外部電圧からかけることで静電力によりホルダー22から有機半導体材料が離れ、ステージ25に固定された基材21上へ散布される。
[Spraying of the organic semiconductor material of the source and drain board on]
Then, to spray an organic semiconductor material in the source and drain board on using the powder patterning device 20. As described above, the method of spraying is to apply a voltage having the same polarity as the organic semiconductor to the holder 22 holding the powder containing the charged organic semiconductor or a voltage having the opposite polarity to the charge of the organic semiconductor to the electrode 23 on the substrate side from the external voltage. When applied, the organic semiconductor material is separated from the holder 22 by electrostatic force, and is dispersed on the base material 21 fixed to the stage 25.

帯電した有機半導体材料を保持するホルダーは磁石であることが好ましい。有機半導体材料を帯電させるために磁性を持つキャリア粒子を使用した場合、キャリア粒子はホルダーである磁石に保持されるために基材上へ散布されず、磁性のない有機半導体材料のみを静電力により基材上へ散布することができる。そのため、有機半導体デバイスとしての機能に影響しうるキャリア粒子を分離することができる。 The holder that holds the charged organic semiconductor material is preferably a magnet. When carrier particles having magnetism are used to charge the organic semiconductor material, the carrier particles are held by the magnet, which is the holder, and thus are not scattered on the base material. It can be spread on a substrate. Therefore, it is possible to separate carrier particles that can affect the function of the organic semiconductor device.

前記パターニング工程では、前記ソース電極、前記ゲート電極、又はそれらの近傍の位置に粉体をパターニングすることができる。また、有機半導体材料は、ソース・ドレイン基板上におけるソース電極5とドレイン電極6との間の領域(チャネル)上またはその近傍に散布することができる。有機半導体材料を散布する位置は、有機半導体材料の量にもよるが、良好な有機半導体薄膜を得るためには、電極上等のチャネル近傍に有機半導体材料をパターニングする方が好ましい。 In the patterning step, powder can be patterned on the source electrode, the gate electrode, or a position in the vicinity thereof. Also, the organic semiconductor material can be sprayed on the region (channel) on or near the between the source electrode 5 and drain electrode 6 in the source and drain board on. The position where the organic semiconductor material is sprayed depends on the amount of the organic semiconductor material, but in order to obtain a good organic semiconductor thin film, it is preferable to pattern the organic semiconductor material in the vicinity of the channel such as on the electrode.

[半導体層4の形成及び有機薄膜トランジスタ10Bの作成]
次に、ゲート基板を、有機半導体材料がその上に配置されたソース・ドレイン基板に重ね合わせる。このようにして得られたソース・ドレイン基板及びゲート基板の間に有機半導体材料を挟持したものを使用し、有機半導体材料に対してゲート基板を介して上記の薄膜化処理を施すことにより、エネルギーを有機半導体材料に与える。これにより、有機半導体材料が薄膜化されて有機半導体薄膜からなる半導体層4がチャネルとして形成されると同時に、ソース・ドレイン基板とゲート基板とが圧着され、有機薄膜トランジスタ10Bが完成される。この薄膜化処理の条件として、前述の有機半導体薄膜の形成方法と同様の条件を用いて有機薄膜トランジスタ10Bが製造される。従来のような長時間のベーク工程を必要とせず、加圧及び超音波振動付与の条件を最適化すれば、きわめて短い時間で有機半導体薄膜を形成できる。
[Formation of Semiconductor Layer 4 and Organic Thin Film Transistor 10B]
Next, a gate board, superimposed on the source and drain board which organic semiconductor material disposed thereon. Using those interposing an organic semiconductor material between the thus obtained drain group Ita及 beauty gate board is subjected to thinning processing in through the gate board the organic semiconductor material This gives energy to the organic semiconductor material. Thus, at the same time when the semiconductor layer 4 made of an organic semiconductor thin film organic semiconductor material is thinned it is formed as a channel, and the source and drain board and the gate board are crimped, the organic thin film transistor 10B is completed. The organic thin film transistor 10B is manufactured under the same conditions as the above-described method for forming the organic semiconductor thin film as the conditions for the thinning process. The organic semiconductor thin film can be formed in an extremely short time by optimizing the conditions of pressurization and application of ultrasonic vibration without requiring a long baking process as in the past.

一般に、有機薄膜トランジスタの動作特性は、半導体層のキャリア移動度及び電導度、絶縁層の静電容量、素子構成(ソース電極とドレイン電極との間の距離、ソース電極及びドレイン電極の幅、絶縁層の厚み等)などにより決まる。高いキャリア移動度を有する、有機半導体材料からなる半導体層4を得るためには、有機半導体材料が一定方向に配向秩序を持つ(結晶の方位が均一化して、より多くの結晶が一定方向に配向する)ことが求められる。本発明の有機半導体デバイスの製造方法において薄膜化工程をさらに含む製造方法では、熱及び圧力の付加の終了後の有機半導体材料が冷却される過程で有機半導体材料の結晶が再配向して、一定方向に配向秩序を持つ有機半導体材料からなる半導体層4を得ることができる。また、2つの基材1及び1’と2つのゲート絶縁層3及び3’とを有する有機薄膜トランジスタ10Bにおいて、基材1及び1’に同一の材料を用い、かつゲート絶縁層3及び3’に同一の材料を用いると、有機薄膜トランジスタ10Bの構造を半導体層4を中心として対称のサンドイッチ構造とすることができる。その結果、異なる材質による歪みなどの影響を受けにくく、高い曲げ耐性を有する有機薄膜トランジスタ10Bを得ることが可能である。 Generally, the operating characteristics of an organic thin film transistor include carrier mobility and conductivity of a semiconductor layer, capacitance of an insulating layer, device configuration (distance between source electrode and drain electrode, width of source electrode and drain electrode, insulating layer, insulating layer). Thickness etc.) etc. In order to obtain the semiconductor layer 4 made of an organic semiconductor material having a high carrier mobility, the organic semiconductor material has an orientational order in a certain direction (more uniform crystals are orientated in a certain direction. Is required. In the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, further including a thinning step, in the process of cooling the organic semiconductor material after the completion of the application of heat and pressure, the crystals of the organic semiconductor material are reoriented, and the crystal is kept constant. The semiconductor layer 4 made of an organic semiconductor material having an orientational order in the direction can be obtained. Further, in the organic thin film transistor 10B having the two base materials 1 and 1′ and the two gate insulating layers 3 and 3′, the same material is used for the base materials 1 and 1′ and the gate insulating layers 3 and 3′ are used. If the same material is used, the structure of the organic thin film transistor 10B can be a symmetrical sandwich structure around the semiconductor layer 4. As a result, it is possible to obtain the organic thin film transistor 10B that is not easily affected by distortion due to different materials and has high bending resistance.

さらには、本発明の有機半導体デバイスの製造方法において薄膜化工程をさらに含む製造方法は、短時間の処理で有機半導体薄膜を形成できるので、真空蒸着プロセスにより有機半導体薄膜を形成する従来の製造方法や、他の塗布法又は印刷法(溶液プロセス)により有機半導体薄膜を形成する従来の製造方法と比べて、スループットが高く、非常に低コストで大面積ディスプレイ用途の有機半導体デバイスの製造にも適用できる。また、本発明の有機半導体デバイスの製造方法において薄膜化工程をさらに含む製造方法は、短時間の処理で有機半導体薄膜を形成できることから、シート・トゥ・シート方式やロール・トゥ・ロール方式の製造方法を実現することも可能である。 Furthermore, in the method for producing an organic semiconductor device of the present invention, which further includes a thinning step, the organic semiconductor thin film can be formed in a short time. Also, compared to the conventional manufacturing method of forming an organic semiconductor thin film by another coating method or printing method (solution process), it has higher throughput and is also very low cost, and is also applied to the manufacture of organic semiconductor devices for large area display applications. it can. Further, in the method for producing an organic semiconductor device of the present invention, which further includes a thinning step, the organic semiconductor thin film can be formed in a short time, so that the sheet-to-sheet method or the roll-to-roll method is used. It is also possible to implement the method.

本発明の第二の目的は、本発明の有機半導体デバイスの製造方法に適した材料を提供することにある。本発明の材料は、有機半導体材料を含む帯電した粉体である。前記有機半導体材料は、帯電した有機半導体材料を含むことが好ましい。本発明の粉体は、有機半導体材料を帯電させるためにキャリア粒子をさらに含むことが好ましい。 A second object of the present invention is to provide a material suitable for the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention. The material of the present invention is a charged powder containing an organic semiconductor material. The organic semiconductor material preferably contains a charged organic semiconductor material. The powder of the present invention preferably further contains carrier particles for charging the organic semiconductor material.

上記有機半導体材料としては、低分子有機半導体化合物、高分子有機半導体化合物、及びオリゴマー有機半導体化合物のいずれも使用できる。上記低分子有機半導体化合物としては、ポリアセン類、ポリアセン類の炭素原子の一部を窒素原子、硫黄原子、酸素原子などの原子、又はカルボニル基などの多価官能基に置換するか、あるいはポリアセン類の水素原子の一部をアリール基、アシル基、アルキル基、アルコキシル基などの1価官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン誘導体、トリフェノジチアジン誘導体、後述する一般式(1)で表されるチエノチオフェン誘導体など)を挙げることができる。また、上記低分子有機半導体化合物として、その他に、スチリルベンゼン誘導体、金属フタロシアニン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、メロシアニン色素類やヘミシアニン色素類などの色素、テトラキス(オクタデシルチオ)テトラチアフルバレンに代表される電荷移動錯体などが挙げられる。上記縮合環テトラカルボン酸ジイミド類としては、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ジオクチルナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド、などのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類;アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などが挙げられる。 As the organic semiconductor material, any of a low molecular weight organic semiconductor compound, a high molecular weight organic semiconductor compound, and an oligomer organic semiconductor compound can be used. As the low molecular weight organic semiconductor compound, polyacene, a part of carbon atoms of polyacene is substituted with a nitrogen atom, an atom such as a sulfur atom, an oxygen atom, or a polyvalent functional group such as a carbonyl group, or polyacene In which a part of the hydrogen atoms of is substituted with a monovalent functional group such as an aryl group, an acyl group, an alkyl group or an alkoxyl group (a triphenodioxazine derivative, a triphenodithiazine derivative, represented by the general formula (1) described later). Thienothiophene derivative). In addition, as the above-mentioned low molecular weight organic semiconductor compound, styrylbenzene derivatives, metal phthalocyanines, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, dyes such as merocyanine dyes and hemicyanine dyes, and tetrakis(octadecylthio)tetrathiafulvalene are typical. The charge transfer complex etc. which are mentioned are mentioned. Examples of the condensed ring tetracarboxylic acid diimides include naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide and N,N'-bis(4-trifluoromethylbenzyl)naphthalene-1,4,5,8- Tetracarboxylic acid diimide, N,N'-bis(1H,1H-perfluorooctyl)naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N,N'-bis(1H,1H-perfluorobutyl)naphthalene- 1,4,5,8-Tetracarboxylic acid diimide, N,N'-dioctylnaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, naphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide, etc. Naphthalene tetracarboxylic acid diimides; anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimides and other anthracene tetracarboxylic acid diimides.

上記高分子有機半導体化合物としては、例えば、ポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類;ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類;ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類;ポリチエニレンビニレンなどのポリチエニレンビニレン類;ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類;ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−二置換アニリン)などのポリアニリン類;ポリアセチレンなどのポリアセチレン類;ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類;ポリアズレンなどのポリアズレン類;ポリピレンなどのポリピレン類;ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類;ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類;ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類;ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類;ポリインドールなどのポリインドール類;ポリピリダジンなどのポリピリダジン類;ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリスルフィド類などが挙げられる。 Examples of the polymer organic semiconductor compound include polypyrroles such as polypyrrole, poly(N-substituted pyrrole), poly(3-substituted pyrrole), poly(3,4-disubstituted pyrrole); polythiophene, poly(3- Polythiophenes such as substituted thiophene), poly(3,4-disubstituted thiophene), and polybenzothiophene; polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene; polythienylenevinylenes such as polythienylenevinylene; poly(p -Poly(p-phenylene vinylene)s such as phenylene vinylene; polyanilines such as polyaniline, poly(N-substituted aniline), poly(3-substituted aniline), poly(2,3-disubstituted aniline); polyacetylene, etc. Polyacetylenes; polydiacetylenes and other polydiacetylenes; polyazulenes and other polyazulenes; polypyrene and other polypyrenes; polycarbazoles and poly(N-substituted carbazoles) and other polycarbazoles; polyselenophene and other polyselenophenes; Polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran; poly(p-phenylene)s such as poly(p-phenylene); polyindoles such as polyindole; polypyridazines such as polypyridazine; polysulfides such as polyphenylene sulfide and polyvinylene sulfide And the like.

上記オリゴマー有機半導体化合物としては、上記のポリマーと同じ繰返し単位を有するオリゴマー、例えば、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、などのオリゴマーが挙げられる。 Examples of the oligomer organic semiconductor compound include an oligomer having the same repeating unit as the above polymer, for example, α-sexithiophene which is a thiophene hexamer, α,ω-dihexyl-α-sexithiophene, α,ω-dihexyl-α. -Quinkethiophene, α,ω-bis(3-butoxypropyl)-α-sexithiophene, and other oligomers.

本発明を実施するにあたって有機半導体材料は結晶性の低分子有機半導体化合物であることが好ましい。特に好ましい結晶性の低分子有機半導体化合物の一例として、下記一般式(1)で表されるチエノチオフェン誘導体が挙げられる。 In carrying out the present invention, the organic semiconductor material is preferably a crystalline low molecular weight organic semiconductor compound. An example of a particularly preferable crystalline low molecular weight organic semiconductor compound is a thienothiophene derivative represented by the following general formula (1).

式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい複素環基、アルコキシル基、又はアルコキシアルキル基を表し、R及びRは互いに同一でも異なっていてもよく、m及びnはそれぞれ独立に0または1を表す。In formula (1), R 1 and R 2 each independently have a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, or a substituent. Optionally represents an aryl group, a heterocyclic group optionally having a substituent, an alkoxyl group, or an alkoxyalkyl group, R 1 and R 2 may be the same or different, and m and n are respectively Represents 0 or 1 independently.

上記アルキル基は、直鎖、分岐鎖、又は環状の脂肪族炭化水素基であり、好ましくは直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは直鎖の脂肪族炭化水素基である。上記アルキル基の炭素数は、通常1〜36であり、好ましくは2〜24であり、より好ましくは4〜20であり、さらに好ましくは4〜10である。上記のアルケニル基、アルキニル基は、分子鎖内に二重結合あるいは三重結合を有する脂肪族炭化水素基であり、その炭素数は通常1〜36であり、置換基として下記のアリール基、複素環基を有することもできる。 The alkyl group is a linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group, preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, and more preferably a linear aliphatic hydrocarbon group. is there. The alkyl group has usually 1 to 36 carbon atoms, preferably 2 to 24 carbon atoms, more preferably 4 to 20 carbon atoms, and further preferably 4 to 10 carbon atoms. The above-mentioned alkenyl group and alkynyl group are aliphatic hydrocarbon groups having a double bond or a triple bond in the molecular chain, and the carbon number thereof is usually 1 to 36, and the following aryl group and heterocycle as a substituent. It can also have a group.

上記アリール基は、フェニル基、ビフェニル基、ピレン基、キシリル基、メシチル基、クメニル基、ベンジル基、フェニルエチル基、α−メチルベンジル基、トリフェニルメチル基、スチリル基、シンナミル基、ビフェニリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基等の芳香族炭化水素基である。上記複素環基は、2−チエニル基、ベンゾチエニル基、チエノチエニル基などである。これらアリール基及び複素環基はそれぞれ、上記のアルキル基などの置換基を有していてもよく、複数の置換基を有する場合にはそれら複数の置換基は同一でも異なっていてもよい。 The aryl group is a phenyl group, biphenyl group, pyrene group, xylyl group, mesityl group, cumenyl group, benzyl group, phenylethyl group, α-methylbenzyl group, triphenylmethyl group, styryl group, cinnamyl group, biphenylyl group, An aromatic hydrocarbon group such as a 1-naphthyl group, a 2-naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group. The heterocyclic group is a 2-thienyl group, a benzothienyl group, a thienothienyl group, or the like. Each of these aryl group and heterocyclic group may have a substituent such as the above-mentioned alkyl group, and when having a plurality of substituents, the plurality of substituents may be the same or different.

上記一般式(1)で表されるチエノチオフェン誘導体が相転移点を70℃〜280℃の範囲内に有するためには、R及びRの少なくとも一方がアルキル基であることが好ましく、そのアルキル鎖の長さは炭素数4以上であることが好ましい。In order that the thienothiophene derivative represented by the general formula (1) has a phase transition point in the range of 70° C. to 280° C., it is preferable that at least one of R 1 and R 2 is an alkyl group. The length of the alkyl chain is preferably 4 or more carbon atoms.

その他、有機半導体デバイスの機能を損なわない範囲で、必要に応じてポリスチレン、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体などのバインダー樹脂、シリカ、アルミナ、酸化チタン等の微粒子からなる外添剤、ワックス、荷電制御剤等を粉体中に添加してもよい。これらの添加により、粉体の転写性、流動性、現像性、帯電性等を向上させることができる。 In addition, polystyrene, styrene-methacrylic acid copolymer, styrene-acrylic acid copolymer, binder resin such as styrene-acrylic acid ester copolymer, silica, if necessary, within a range not impairing the function of the organic semiconductor device. An external additive composed of fine particles such as alumina and titanium oxide, wax, a charge control agent and the like may be added to the powder. By adding these, transferability, fluidity, developability, chargeability, etc. of the powder can be improved.

このような有機半導体材料を含む帯電した粉体は、本発明の有機半導体デバイスの製造方法に適応でき、粉体パターニング装置のホルダーあるいは基材上の電極への電圧印加により所望の位置に散布することができ、従来の真空プロセスあるいはハロゲン系溶媒や芳香族系溶媒等の揮発性有機溶媒を必須とする塗布、印刷工程を用いずにパターニングすることができる。 A charged powder containing such an organic semiconductor material can be applied to the method for manufacturing an organic semiconductor device of the present invention, and is sprayed to a desired position by applying a voltage to an electrode on a holder or a base material of a powder patterning device. It is possible to perform patterning without using a conventional vacuum process or a coating or printing process that requires a volatile organic solvent such as a halogen-based solvent or an aromatic solvent.

このようにして製造された有機半導体デバイスは、ディスプレイのアクティブマトリクスのスイッチング素子等として利用することができる。ディスプレイとしては、例えば液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ、エレクトロクロミック型ディスプレイ、粒子回転型ディスプレイ等が挙げられる。また、本発明の有機半導体デバイスは、メモリー回路の素子、信号ドライバー回路の素子、信号処理回路の素子などの、デジタル素子やアナログ素子としても利用でき、これら素子を組み合わせることによりIC(集積回路)カードやICタグの作製が可能である。更に、本発明の有機半導体デバイスは、化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、FET(電界効果トランジスタ)センサとしての利用も期待できる。 The organic semiconductor device manufactured in this manner can be used as a switching element or the like of an active matrix of a display. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer-dispersed liquid crystal display, an electrophoretic display, an electroluminescence (EL) display, an electrochromic display, and a particle rotation display. The organic semiconductor device of the present invention can also be used as a digital element or an analog element such as an element of a memory circuit, an element of a signal driver circuit, or an element of a signal processing circuit, and by combining these elements, an IC (integrated circuit) is provided. It is possible to make cards and IC tags. Furthermore, since the organic semiconductor device of the present invention can change its characteristics by external stimuli such as chemical substances, it can be expected to be used as an FET (field effect transistor) sensor.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、これらの実施例はあくまでも本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are merely for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Absent.

[実施例1](有機半導体材料を含む正に帯電した粉体の作製)
有機半導体材料として下記式(2)で表される化合物(以下、「化合物(2)」と呼ぶ)(2,7−ジオクチル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン;融点:127℃)と径1−2mmのジルコニアビーズを容器に入れ、回転数4500rpmで5分間ビーズミルを用いて化合物(2)を粉砕した。得られた粒径10−20μmの化合物(2)の粉末にキャリア粒子として磁性を持つキャリア粒子P−02(一般社団法人日本画像学会販売:正帯電極性トナー用標準キャリア)を化合物(2):キャリア粒子=1:10の質量比率で混合し、撹拌することにより化合物(2)とキャリア粒子とからなる正に帯電した粉体を作製した。得られた粉体は、図4に示す偏光顕微鏡写真により、化合物(2)とキャリア粒子とからなることが確認された。
[Example 1] (Production of positively charged powder containing an organic semiconductor material)
A compound represented by the following formula (2) as an organic semiconductor material (hereinafter referred to as “compound (2)”) (2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene; melting point (127° C.) and zirconia beads having a diameter of 1-2 mm were put in a container, and the compound (2) was crushed using a bead mill at a rotation speed of 4,500 rpm for 5 minutes. The obtained powder of the compound (2) having a particle size of 10-20 μm was used as a carrier particle having carrier particles P-02 having magnetism as a compound (2): a carrier particle P-02 (a standard carrier for positively charged polar toner sold by The Imaging Society of Japan). Carrier particles were mixed at a mass ratio of 1:10 and stirred to prepare a positively charged powder composed of the compound (2) and carrier particles. It was confirmed from the polarization micrograph shown in FIG. 4 that the obtained powder was composed of the compound (2) and carrier particles.

[実施例2](有機半導体材料を含む負に帯電した粉体の作製)
キャリア粒子として磁性を持つキャリア粒子N−01(一般社団法人日本画像学会販売:負帯電極性トナー用標準キャリア)を用いる以外は実施例1と同様にして化合物(2)とキャリア粒子とからなる負に帯電した粉体を作製した。
[Example 2] (Preparation of negatively charged powder containing an organic semiconductor material)
Negative consisting of the compound (2) and carrier particles was carried out in the same manner as in Example 1 except that magnetic carrier particles N-01 (sold by The Imaging Society of Japan: standard carrier for negatively charged polar toner) were used as carrier particles. A powder charged to the above was prepared.

[実施例3](有機半導体材料の散布、パターニング)
基材1’としての厚さ12μmのポリイミドフィルム(製品名「ポミラン(登録商標)N」、荒川化学工業株式会社製、ポリイミドマトリックス中に平均粒子径5nmのナノシリカ粒子が分散した構造を持つシリカハイブリッドポリイミドフィルム)上にゲート絶縁層3’としての「パリレン(登録商標)C」(日本パリレン合同会社製)を900nmの厚みで成膜し、そのパリレン膜の上部にチャネル長20μm、チャネル幅5mmのソース電極5及びドレイン電極6として金電極を形成して、ソース・ドレイン基板を得た。
[Example 3] (Spraying and patterning of organic semiconductor material)
A 12 μm thick polyimide film (product name “Pomilan (registered trademark) N”, manufactured by Arakawa Chemical Industry Co., Ltd. as a substrate 1′, a silica hybrid having a structure in which nano silica particles having an average particle diameter of 5 nm are dispersed in a polyimide matrix. "Parylene (registered trademark) C" (manufactured by Nippon Parylene GK) as a gate insulating layer 3'on a polyimide film) with a thickness of 900 nm, and a channel length of 20 μm and a channel width of 5 mm are formed on the upper part of the parylene film. forming a gold electrode as a source electrode 5 and drain electrode 6, to obtain a source-drain board.

図1の粉体パターニング装置20のステージ25上にこのソース・ドレイン基板を基材21として設置し、ソース電極5近傍に有機半導体材料をパターニングした。すなわち、外部電源を接続した絶縁フィルムで覆ったネオジウム磁石からなるホルダー22に実施例1で得られた化合物(2)とキャリア粒子とからなる正に帯電した粉体を付着させた後、ソース・ドレイン基板のソース電極5上に粉体が来るようにソース・ドレイン基板の水平方向(X軸、Y軸方向)の位置を調整した。次にステージ25を上昇させ、ソース・ドレイン基板とホルダー22との間の距離を0.5mmに調整し、外部電源により1.5kVの直流電圧をホルダー22に印加することで有機半導体材料をホルダー22からソース・ドレイン基板上へ散布した。粉体散布前のソース・ドレイン基板におけるソース電極5周縁部の偏光顕微鏡写真を図5に示し、粉体散布後のソース・ドレイン基板におけるソース電極5周縁部の偏光顕微鏡写真を図6に示す。図6に示すように化合物(2)からなる粉体がソース電極5近傍に転写していることを確認した。 Installing the drain board on the stage 25 of the powder patterning device 20 of FIG. 1 as the substrate 21, patterning the organic semiconductor material in the vicinity of the source electrode 5. That is, after the positively charged powder composed of the compound (2) obtained in Example 1 and carrier particles was adhered to the holder 22 composed of a neodymium magnet covered with an insulating film connected to an external power source, the source the horizontal direction (X-axis, Y-axis direction) of the source and drain board as powder comes on the source electrode 5 drain board to adjust the position of the. Then raised the stage 25 to adjust the distance between the source and drain board and the holder 22 to 0.5 mm, the organic semiconductor material by applying a DC voltage of 1.5kV by the external power supply to the holder 22 It was sprayed from the holder 22 to the source and drain board on. The polarizing microscopic photograph of the source electrode 5 peripheral edge definitive source and drain board before the powder spraying illustrated in FIG. 5, FIG polarization microscopic photograph of the source electrode 5 peripheral edge definitive source and drain board after the powder spraying 6 shows. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the powder containing the compound (2) was transferred to the vicinity of the source electrode 5.

[実施例4]
外部電源をソース・ドレイン基板上のソース電極5と接続し、実施例2で作成した化合物(2)とキャリア粒子とからなる負に帯電した粉体を用いること以外は実施例3と同様にしてホルダーからソース・ドレイン基板上へ有機半導体材料を散布した。実施例3と同様に化合物(2)からなる粉体がソース電極5近傍に転写していることを確認した。
[Example 4]
The external power source connected to the source electrode 5 on the source and drain board, except using a powder charged negatively consisting of the compounds prepared in Example 2 (2) and the carrier particles in the same manner as in Example 3 They were dispersed organic semiconductor material from the holder to the source and drain board on Te. It was confirmed that the powder of the compound (2) was transferred to the vicinity of the source electrode 5 as in Example 3.

[実施例5]
外部電源によりホルダー22に印加する電圧を、パルス振幅150V、周波数10Hzの矩形波状交流電圧に変える以外は実施例3と同様にして、有機半導体材料をソース・ドレイン基板上へ散布した。粉体散布前のソース・ドレイン基板におけるソース電極5周縁部の偏光顕微鏡写真を図7に示し、粉体散布後のソース・ドレイン基板におけるソース電極5周縁部の偏光顕微鏡写真を図8に示す。図8に示すように化合物(2)からなる粉体がソース電極5近傍に転写していることを確認した
[Example 5]
The voltage applied to the holder 22 by the external power supply, the pulse amplitude 150 V, except for changing the rectangular wave AC voltage having a frequency 10Hz in the same manner as in Example 3, was sprayed with an organic semiconductor material to the source and drain board on. The polarizing microscopic photograph of the source electrode 5 peripheral edge definitive source and drain board before the powder spraying illustrated in FIG. 7, FIG polarization microscopic photograph of the source electrode 5 peripheral edge definitive source and drain board after the powder spraying 8 shows. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the powder containing the compound (2) was transferred to the vicinity of the source electrode 5.

[実施例6]
本実施例では、図11(b)に示す有機薄膜トランジスタ10Bの一例を作製した。基材1としての厚さ12μmのポリイミドフィルム(製品名「ポミラン(登録商標)N」)上にゲート電極2として金電極を形成し、その金電極の上部にゲート絶縁層3としての「パリレン(登録商標)C」(日本パリレン合同会社製)を900nmの厚みで成膜して、ゲート基板を得た。
[Example 6]
In this example, an example of the organic thin film transistor 10B shown in FIG. 11B was manufactured. A gold electrode is formed as a gate electrode 2 on a polyimide film (product name “Pomilan (registered trademark) N”) having a thickness of 12 μm as a base material 1, and “parylene (as a gate insulating layer 3 is formed as a gate insulating layer 3 on the gold electrode. registered trademark) C "(it was deposited in Japan parylene Limited Liability company, Ltd.) 900nm of thickness to obtain a gate based on plate.

次に実施例3でパターニングしたソース・ドレイン基板上にゲート基板を重ねた。このようにして得られたソース・ドレイン基板及びゲート基板の間に化合物(2)を挟持したもの(被処理物と呼ぶ)を、熱ロール31・32を有した図2の熱ラミネーター30の一例である市販のヒートローラー付のラミネーター(FUJIPLA製Lamipacker Meister 6 LPD3226)を用いて、熱ロール31・32の温度140℃、熱ロール31・32のニップ圧5.9N/cm、速度0.4m/minの条件で被処理物をラミネートし、化合物(2)からなる有機半導体薄膜を得た。 Then overlapped gate board the patterned source and drain board on in Example 3. The thus compounds between the source-drain group Ita及 beauty gate board obtained (2) those which sandwiches (referred to as object to be processed), in FIG. 2 having a heat roll 31, 32 heat laminator Using a commercially available laminator (FUJIPLA's Lamipacker Meister 6 LPD3226), which is an example of No. 30, the temperature of the heat rolls 31 and 32 is 140° C., the nip pressure of the heat rolls 31 and 32 is 5.9 N/cm 2 , and the speed is The object to be treated was laminated under the condition of 0.4 m/min to obtain an organic semiconductor thin film composed of the compound (2).

図9は、ラミネート前の試料(ソース・ドレイン基板及びゲート基板の間に有機半導体材料が挟持されたもの)における有機半導体材料の様子を偏光顕微鏡で確認した結果を示すものである。図10は、熱ロールを通過した後に取り出した試料(ソース・ドレイン基板及びゲート基板の間に有機半導体薄膜が形成されたもの)における有機半導体材料の様子を偏光顕微鏡で確認した結果を示すものである。図10に示すように、有機半導体薄膜からなる半導体層4がソース電極5及びドレイン電極6(中央の2本の縦線)の間に形成されており、有機薄膜トランジスタ10Bを作製できたことが分かった。 Figure 9 shows the results of confirming the state of the organic semiconductor material in the sample before lamination (organic semiconductor material between the source and drain group Ita及 beauty gate board which is sandwiched) a polarizing microscope. Figure 10 is the result of confirming the state of the organic semiconductor material in the sample taken after passing through a heat roll (source-drain group Ita及 beauty that organic semiconductor thin film between the gate board are formed) by a polarization microscope It is shown. As shown in FIG. 10, the semiconductor layer 4 made of an organic semiconductor thin film was formed between the source electrode 5 and the drain electrode 6 (two vertical lines in the center), and it was found that the organic thin film transistor 10B could be manufactured. It was

次に、実施例6で得られた有機薄膜トランジスタ10Bの半導体特性を測定した。有機薄膜トランジスタ10Bのゲート電圧の印加およびゲート電流の測定を、ケースレー・インスツルメンツ社製の2635A型システムソースメータを使用して行い、有機薄膜トランジスタ10Bのソース・ドレイン電圧の印加およびドレイン電流の測定を、ケースレー・インスツルメンツ社製の6430型サブフェムトアンペアリモートソースメータを使用して行った。有機薄膜トランジスタ10Bのドレイン電圧を−10Vとし、有機薄膜トランジスタ10Bのゲート電圧Vgを5〜−10Vに変化させた条件で、有機薄膜トランジスタ10Bの電流−電圧特性を測定した。得られた有機薄膜トランジスタ10Bの電流−電圧特性から有機薄膜トランジスタ10Bの移動度及び閾値電圧を算出した。算出された移動度は0.025cm/Vs、算出された閾値電圧は0.9Vであり、半導体層4がp型半導体の特性を持つ有機薄膜トランジスタ10Bが得られた。Next, the semiconductor characteristics of the organic thin film transistor 10B obtained in Example 6 were measured. The application of the gate voltage and the gate current of the organic thin film transistor 10B are performed using a Keithley Instruments Inc. type 2635A system source meter, and the application of the source/drain voltage and the drain current of the organic thin film transistor 10B are performed by the Keithley. -It carried out using the 6430 type sub femto ampere remote source meter made by Instruments. The current-voltage characteristics of the organic thin film transistor 10B were measured under the condition that the drain voltage of the organic thin film transistor 10B was set to -10V and the gate voltage Vg of the organic thin film transistor 10B was changed to 5 to -10V. The mobility and threshold voltage of the organic thin film transistor 10B were calculated from the obtained current-voltage characteristics of the organic thin film transistor 10B. The calculated mobility was 0.025 cm 2 /Vs, the calculated threshold voltage was 0.9 V, and the organic thin film transistor 10B in which the semiconductor layer 4 had a p-type semiconductor characteristic was obtained.

各実施例に記載した結果より、有機半導体のパターニングから薄膜化までを一貫して無溶媒プロセスにより有機半導体デバイスの製造できることだけでなく、この方法を用いて作製した有機半導体デバイスは高い半導体特性を有することが示された。各実施例の有機半導体デバイスの製造方法によれば有機半導体薄膜を形成する際には、真空プロセス、揮発性有機溶媒を不要とするだけでなく、極めて短時間で有機半導体薄膜を形成可能であることが確認された。したがって、各実施例の有機半導体デバイスの製造方法は、高スループットの製造方法であることが確認された。 From the results described in each example, not only can the organic semiconductor device be manufactured by a solventless process consistently from the patterning of the organic semiconductor to the thinning process, but the organic semiconductor device manufactured by this method has high semiconductor characteristics. Was shown to have. According to the method for manufacturing an organic semiconductor device of each example, when forming an organic semiconductor thin film, not only a vacuum process and a volatile organic solvent are not required, but also an organic semiconductor thin film can be formed in an extremely short time. It was confirmed. Therefore, it was confirmed that the method for manufacturing the organic semiconductor device of each example was a high-throughput manufacturing method.

1、1’ 基材
2 ゲート電極
3、3’ ゲート絶縁層(絶縁層)
4 半導体層(有機半導体薄膜)
5 ソース電極
6 ドレイン電
0A 有機薄膜トランジスタ(有機半導体デバイス)
10B 有機薄膜トランジスタ
20 粉体パターニング装置
21 基材
22 ホルダー
23 電極
24 配線
25 ステージ
30 熱ラミネーター
31、32 熱ロール
33 フィードロール
34 被処理物
40 超音波溶着機
41 超音波発振器
42 超音波振動子
43 ブースター
44 ホーン
45 加圧機構
45a アーム部
45b 支柱
46 加熱ステージ
46a ヒーター
1, 1'base material 2 gate electrode 3, 3'gate insulating layer (insulating layer)
4 Semiconductor layer (organic semiconductor thin film)
5 source electrode 6 drain electrodes
1 0A organic thin film transistor (organic semiconductor device)
10B Organic Thin-Film Transistor 20 Powder Patterning Device 21 Base Material 22 Holder 23 Electrode 24 Wiring 25 Stage 30 Thermal Laminator 31, 32 Thermal Roll 33 Feed Roll 34 Workpiece 40 Ultrasonic Welding Machine 41 Ultrasonic Oscillator 42 Ultrasonic Transducer 43 Booster 44 Horn 45 Pressing Mechanism 45a Arm 45b Support 46 Heating Stage 46a Heater

Claims (14)

有機半導体材料をパターニングして有機半導体デバイスを製造する方法であって、
有機半導体材料及びキャリア粒子を含む帯電した粉体を静電場の印加により基材上にパターニングする工程を含む有機半導体デバイスの製造方法。
A method of manufacturing an organic semiconductor device by patterning an organic semiconductor material, comprising:
A method for manufacturing an organic semiconductor device, comprising the step of patterning a charged powder containing an organic semiconductor material and carrier particles on a substrate by applying an electrostatic field.
前記有機半導体材料が、帯電した有機半導体材料を含む請求項1に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, wherein the organic semiconductor material contains a charged organic semiconductor material. 前記パターニングする工程の後に、熱及び圧力により有機半導体材料を薄膜化する工程をさらに含む請求項1又は2に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of thinning the organic semiconductor material by heat and pressure after the step of patterning. 前記薄膜化する工程は、熱ロールからなる熱ラミネーターにより熱及び圧力を有機半導体材料に加えることによって有機半導体材料を薄膜化する工程を含む請求項3に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The method of manufacturing an organic semiconductor device according to claim 3, wherein the step of thinning the film includes a step of thinning the organic semiconductor material by applying heat and pressure to the organic semiconductor material with a heat laminator including a heat roll. 前記薄膜化する工程は、有機半導体材料に対して圧力を加えながら超音波振動を付与することによって有機半導体材料を薄膜化する工程を含む請求項3に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 4. The method of manufacturing an organic semiconductor device according to claim 3, wherein the step of thinning includes a step of thinning the organic semiconductor material by applying ultrasonic vibration while applying pressure to the organic semiconductor material. 前記パターニングする工程は、有機半導体材料及びキャリア粒子を含む帯電した粉体から磁性によりキャリア粒子を分離し、基材上へ有機半導体材料のみを散布する工程である請求項1又は2に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The organic material according to claim 1 or 2, wherein the patterning step is a step of magnetically separating carrier particles from a charged powder containing an organic semiconductor material and carrier particles, and spraying only the organic semiconductor material onto a base material. Manufacturing method of semiconductor device. 前記薄膜化する工程は、1枚の基材上にパターニングされた有機半導体材料上にもう1枚の基材を載置して有機半導体材料を1対の基材の間に挟持し、該載置した基材の上部から熱及び圧力を同時に付与することによって有機半導体材料を薄膜化する工程である請求項3に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 In the thinning step, another base material is placed on the patterned organic semiconductor material on one base material, and the organic semiconductor material is sandwiched between a pair of base materials. The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 3, which is a step of thinning the organic semiconductor material by simultaneously applying heat and pressure from the upper portion of the placed substrate. 前記1対の基材が、樹脂フィルムである請求項7に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 7, wherein the pair of base materials are resin films. 前記有機半導体デバイスが、有機薄膜トランジスタである請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機半導体デバイスの製造方法。 The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, wherein the organic semiconductor device is an organic thin film transistor. 前記有機薄膜トランジスタが、互いに離間するように配設されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配設された有機半導体材料からなる有機半導体薄膜を含む半導体層と、前記半導体層に対向するように配設されたゲート電極と、前記半導体層と上記ゲート電極との間に配設された絶縁層とを基材上に備える有機電界効果トランジスタであり、
前記パターニングする工程は、帯電した有機半導体材料及びキャリア粒子を含む粉体を静電場の印加により、前記ソース電極、前記ゲート電極、又はそれらの近傍の位置にパターニングする工程であり、
前記製造方法は、前記パターニングする工程の後に、有機半導体材料を1対の基材の間に挟持し、該基材の上部から有機半導体材料に対して熱及び圧力を同時に付与する工程をさらに含む請求項9に記載の有機半導体デバイスの製造方法。
The organic thin film transistor, a source electrode and a drain electrode arranged to be separated from each other, a semiconductor layer including an organic semiconductor thin film made of an organic semiconductor material arranged between the source electrode and the drain electrode, A gate electrode disposed so as to face the semiconductor layer, and an organic field effect transistor comprising an insulating layer disposed between the semiconductor layer and the gate electrode on a substrate,
The patterning step is a step of patterning a powder containing a charged organic semiconductor material and carrier particles by applying an electrostatic field to the source electrode, the gate electrode, or a position in the vicinity thereof,
The manufacturing method further includes, after the patterning step, sandwiching the organic semiconductor material between a pair of base materials, and applying heat and pressure to the organic semiconductor material simultaneously from above the base materials. The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 9.
帯電した粉体であって、
有機半導体材料及びキャリア粒子を含む粉体。
Charged powder,
A powder containing an organic semiconductor material and carrier particles.
前記有機半導体材料が、帯電した有機半導体材料を含む請求項11に記載の粉体。 The powder according to claim 11, wherein the organic semiconductor material includes a charged organic semiconductor material. 前記有機半導体材料が結晶性低分子有機半導体化合物である請求項11又は12に記載の粉体。 The powder according to claim 11 or 12, wherein the organic semiconductor material is a crystalline low molecular weight organic semiconductor compound. 前記結晶性低分子有機半導体化合物が下記一般式(1)
(式中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい複素環基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基を表し、R及びRは互いに同一でも異なっていてもよく、m及びnはそれぞれ独立に0または1を表す)
で表されるチエノチオフェン誘導体である請求項13に記載の粉体。
The crystalline low molecular weight organic semiconductor compound is represented by the following general formula (1)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, or a substituent which may have a substituent. Represents an aryl group, an optionally substituted heterocyclic group, an alkoxyl group or an alkoxyalkyl group, R 1 and R 2 may be the same or different, and m and n are each independently 0. Or represents 1)
The powder according to claim 13, which is a thienothiophene derivative represented by:
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